ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ, СЕТИ И ТЕХНОЛОГИИ

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ, СЕТИ И ТЕХНОЛОГИИ 1

СОДЕРЖАНИЕ 1. Базовые понятия сетевых технологий 2. Эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI) 3. Топология сетей 4. Физический уровень модели OSI 5. Канальный уровень модели OSI 6. Технологии и устройства канального уровня модели OSI 7. Технологии беспроводных сетей 8. Технологии широкополосного доступа 9. Адресация сетевого уровня модели OSI 10. Протоколы разрешения адресов 11. Протоколы сетевого уровня 12. Протоколы верхних уровней модели OSI 2

ЛЕКЦИЯ 1. Базовые понятия сетевых технологий 3

Лекция 1. Базовые понятия сетевых технологий § История компьютерных сетей § Использование компьютерных сетей § Современные тенденции § Компьютерная сеть – основные понятия и определения § Классификация компьютерных сетей § Взаимодействие компьютеров в сети 4

ИСТОРИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ История развития компьютерных сетей неразрывно связана с развитием вычислительной техники. q 40 -е годы — Огромные вычислительные устройства, построенные на реле и радиолампах q 1947 г. — Изобретение полупроводниковых транзисторов q 1950 -е — Развитие мэйнфреймов q Конец 50 -х годов — Изобретение интегральных схем q Конец 60 -х — Удешевление элементов, появление мини-компьютеров q Конец 70 -х — Появление персональных компьютеров 5

ИСТОРИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ Первые локальные компьютерные сети § Начало 70 -х годов - появление больших интегральных схем (БИС). § В 1978 г. компания Apple Computer выпустила первый персональный компьютер (ПК). § В начале 80 -х годов произошел взрыв в области объединения компьютеров в сеть. Терминатор 6

ИСТОРИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ Появление стандартов локальных вычислительных сетей Хаотичное развитие локальных сетей и используемых в них технологий привело к их несовместимости. Появилась необходимость в стандартизации правил сетевого взаимодействия. Ø В 1983 г. институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) принял стандарт IEEE 802. 3 на технологию Ethernet, разработанную Робертом Меткалфом в 1973 г. Ø В 1985 г. был принят стандарт IEEE 802. 3 на технологию Token Ring, изначально разработанную компанией IBM. Ø В середине 80 -х стали популярными технологии FDDI (Fiber Distributed Data Interface ) и ARCNET (Attached Resource Computer NETwork) 7

ИСТОРИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ Появление глобальных сетей q Проблема: связать локальные сети, находящиеся на большом расстоянии друг от друга. q Решение этой проблемы было найдено в создании глобальных вычислительных сетей. 8

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ § Обмен сообщениями E-mail, чаты, программы обмена сообщениями § Получение информации Web-сервисы, поисковые системы § Межсетевое взаимодействие Виртуальные частные сети (Virtual Private Network, VPN) через Интернет § Коммерция E-commerce, видеоконференции § Развлечения Игры, просмотр фильмов § Образование E-learning, и т. д. 9

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ q Реализации концепции мультисервисной сети. Мультисервисная сеть — это сетевая среда, способная передавать аудио-, видеопотоки и данные в унифицированном (цифровом) формате по единому протоколу. q Концепция конвергенции фиксированной и мобильной связи – Fixed Mobile Convergence (FMC). q Развитие облачных сервисов (Cloud). Облачный сервис представляет собой клиент-серверную технологию, которая позволяет клиенту использовать ресурсы (процессорное время, память, сетевые каналы, программное обеспечение и т. д) и мощности группы серверов в сети. Облачные вычисления (cloud computing) — это модель обеспечения повсеместного и удобного сетевого доступа по требованию к общему пулу конфигурируемых вычислительных ресурсов которые могут быть оперативно предоставлены и освобождены с минимальными эксплуатационными затратами и/или обращениями к провайдеру. Интернет-камера Сеть Облако Устройство хранения данных Сервер 10 Мобильный телефон ПК

КОМПЬЮТЕРНАЯ СЕТЬ Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) — группа устройств, объединенных между собой каким-либо способом с целью совместного доступа к ресурсам и обмена информацией. ПК 4 Сервер Принтер Коммутатор ПК 1 ПК 2 ПК 3 11

КОМПЬЮТЕРНАЯ СЕТЬ Основные определения q Узел, абонент, хост - устройство, непосредственно подключенное к сети. q Сервер – специально выделенный высокопроизводительный компьютер, оснащенный соответствующим программным обеспечением, централизованно управляющий работой сети и/или предоставляющий другим компьютерам свои ресурсы (файлы данных, накопители, процессорное время и т. д. ). q Клиентский компьютер (рабочая станция) – компьютер пользователя сети, получающий доступ к ресурсам сервера (серверов). q Среда передачи (канал связи, линия связи) - физическая среда распространения сигналов от источника к приемнику. q Пропускная способность - максимально возможная скорость передачи данных по линии связи. q Сегмент сети - логически или физически обособленная часть сети. q Сегментация сети - разделения сети на сегменты с целью уменьшения в них количества узлов, увеличения пропускной способности в расчете на один узел и повышения безопасности. 12

КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ Компьютерные сети можно классифицировать про разным признакам: § По территориальному признаку § По типу среды передачи § По скорости передачи информации § По типу функционального взаимодействия § По типу сетевой топологии § По функциональному назначению § По сетевым операционным системам 13

КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ По территориальному признаку: Ø Локальная сеть (Local Area Network, LAN) – группа компьютеров, связанных друг с другом и расположенных на небольшой территории. В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации. Пример: домашние сети, офисные сети, кампусные сети. Ø Глобальная сеть (Wide Area Network, WAN) – сеть, объединяющая компьютеры разных городов, регионов, государств. Пример: Интернет, сети между странами/городами. Ø Городская сеть или сеть мегаполиса (Metropolitan Area Network, MAN) – сеть, связывающая множество локальных сетей на территории одного города. Сочетает в себе признаки как локальной, так и глобальной сети. Для нее характерна большая плотность подключения конечных абонентов, высокоскоростные линии связи и большая протяженность линий связи. Пример: опорная сеть провайдера, сеть кабельного телевидения. 14

КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ Пример объединения сетей Глобальная Городская Локальная 15

КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ Виртуальная частная сеть (Virtual Private Network, VPN)– несколько локальных сетей предприятия, объединенных через Интернет. VPN-туннель Локальная сеть 1 Локальная сеть 2 Межсетевой экран Межсетевой экран с VPN-сервером Виртуальная частная сеть 16

КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ По типу среды передачи: Проводные: телефонный провод, коаксиальный кабель, витая пара, волоконно- оптический кабель Сервер Коммутатор Сетевой дисковый массив Беспроводные: передача информации по радиоволнам в определенном частотном диапазоне 17 Точка доступа Кабель 3, 4

КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ Классификация сетей по скорости передачи информации Сети Низкоскоростные Среднескоростные Высокоскоростные (до 10 Мбит/с) (до 100 Мбит/с) (свыше 100 Мбит/с) 18

КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ По типу взаимодействия: Сети типа «клиент-сервер» : выделяются Одноранговые сети: все компьютеры один или несколько компьютеров, равноправны. называемых серверами. 19

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОМПЬЮТЕРОВ В СЕТИ Взаимодействие компьютеров в сети Компоненты сети: § Аппаратные: o Персональные компьютеры (ПК) o Серверы o Кабели и разъемы o Сетевые адаптеры o Коммутаторы o Маршрутизаторы o Точки доступа § Программные: o Сетевая операционная система с поддержкой протокола TCP/IP 20 o Сетевые приложения

Выводы: § Компьютерные сети явились результатом эволюции компьютерных технологий. § Важнейшим этапом в развитии сетей стало появление стандартов, позволяющих быстро и эффективно объединять компьютеры в сеть и обеспечивающих совместимость оборудования. § Классифицируя сети по территориальному признаку различают локальные (LAN), глобальные (WAN) и городские сети (MAN). § По типу взаимодействия сети делятся на одноранговые и клиент -серверные. § Для взаимодействия компьютеров в сети нужны аппаратные и программные компоненты, обеспечивающие из соединение и возможность «разговаривать на одном языке» . 21

ЛЕКЦИЯ 2. Эталонная модель взаимодействия открытых систем 22

Лекция 2. Эталонная модель взаимодействия компьютерных систем § Сетевые модели § Модель OSI § Эталонная модель и стек протоколов TCP/IP 23

НЕОБХОДИМОСТЬ СТАНДАРТИЗАЦИИ СЕТЕВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ q Для того чтобы передать данные, взаимодействующим компьютерам надо последовательно выполнить ряд процедур, называемых сетевыми протоколами. q Чтобы протоколы работали надежно и согласованно, каждая процедура в них строго регламентируется. q Различия в протоколах делают коммуникации между разными компьютерами достаточно сложной задачей. Чтобы программы и оборудование разных производителей были совместимы и могли взаимодействовать друг с другом, протоколы должны соответствовать определенным промышленным стандартам. q Для облегчения разработки протоколов были созданы модели. 24

СЕТЕВЫЕ МОДЕЛИ Модель — это схема, определяющая общие концепции или предоставляющая руководящие принципы как легко воспринимаемое описание. q Модели полезны в использовании, т. к. позволяют понять сложные концепции и сложные системы. q Сетевые модели описывают различные технологии и способы их взаимодействия друг с другом для осуществления передачи данных по сети. q Наибольшее распространение получила эталонная модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection Reference Model, OSI). 25

ЭТАЛОННАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ ( SI) O История модели OSI ü В конце 1970 г. независимо друг от друга были запущены два проекта, преследовавшие одну цель: определить унифицированный стандарт архитектуры сетевых систем. ü Один проект выполнялся международной организацией по стандартизации (International Organization for Standardization , ISO), другой - комитетом International Telegraph and Telephone Consultative Committee (CCITT). ü Обе организации разработали документы, описывающие аналогичные сетевые модели. ü В 1983 г. эти документы были объединены в форму стандарта, названного « The Basic Reference Model for Open Systems Interconnection» . ü Стандарт, который часто называют эталонная модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection Reference Model) или модель OSI (OSI Model) был совместно опубликован ISO и CCITT , переименованным в ITU-T ( Telecommunications Standardization Sector of the International Telecommunication Union) в 1984 г. ü Модель OSI изначально была создана как основа для разработки универсального набора протоколов, называемого OSI Protocol Suite. ü Этот набор не получил широкого распространения, однако модель стала удобным средством для обучения сетевым технологиям и разработки протоколов и устройств. 26

ЭТАЛОННАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ ( SI) O Эталонная модель взаимодействия открытых систем ( Open System Interconnection , OSI описывает способ передачи информации по сети от ) приложения на одном компьютере к приложению на другом компьютере. q Модель OSI является концептуальной моделью, она разбивает процесс передачи данных по сети на семь уровней. q Каждому уровню соответствуют строго определенные операции, оборудование и протоколы. q Эта модель считается основной архитектурной моделью передачи данных между компьютерами. 27

ЭТАЛОННАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ ( SI) O Уровни модели OSI Ø Важной концепцией модели OSI является деление на сетевые уровни. Ø Каждый уровень выполняет специальную задачу или наборы задач и взаимодействует с уровнем лежащим выше и ниже его. Ø Каждый уровень имеет имя и номер от 1 до 7, номер уровня определяет его позицию в модели , а также показывает насколько «близко» этот уровень расположен к реальному оборудованию, используемому для построения сети. Ø Нижние уровни (с 1 по 3) модели OSI управляют физической доставкой сообщений по сети. Эти уровни реализуются в виде аппаратных средств и программного обеспечения. Ø Верхние уровни (с 4 по 7) модели OSI обеспечивают точную доставку данных между компьютерами в сети. Верхние уровни модели OSI работают с приложениями и обычно реализуются только на программном уровне. Уровни хост- Уровень приложений 7 машины (host layers) Уровень представлений 6 Сеансовый уровень 5 Транспортный уровень 4 Уровни среды Сетевой уровень 3 28 передачи Канальный уровень 2 данных (media layers) Физический уровень 1

ЭТАЛОННАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ ( SI) O Основные концепции модели OSI Ø Каждый уровень (кроме уровня 7) предоставляет сервисы уровню выше его. Ø Каждый уровень (кроме уровня 1) использует сервисы, предоставляемые уровнем ниже его. Ø Другими словами, каждый уровень «N» предоставляет сервисы уровню «N+1» и использует сервисы уровня «N-1» . Предоставляется сервис 7 Уровень приложений Используется сервис уровня 6 Предоставляется сервис 6 Уровень представлений Используется сервис уровня 5 Предоставляется сервис 5 Сеансовый уровень уровня 4 Используется сервис уровня 4 Предоставляется сервис 4 Транспортный уровень уровня 3 Используется сервис уровня 3 Предоставляется сервис 3 Сетевой уровень уровня 2 Используется сервис уровня 2 2 Канальный уровень Предоставляется сервис 29 уровня 1 Используется сервис уровня 1 1 Физический уровень

ЭТАЛОННАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ ( SI) O Взаимодействие между уровнями q Обмен данными становится возможным благодаря коммуникационным протоколам. Протокол - формальный набор правил и соглашений, регламентирующий обмен информацией между компьютерами по сети. Он реализует функции одного или нескольких уровней OSI. q Протоколы, принадлежащие определенному уровню эталонной модели OSI взаимодействуют с аналогичными протоколами одноименных уровней на других устройствах только посредством передачи сообщений через нижележащие уровни своего стека протоколов. Стек протоколов - совокупность протоколов разных уровней. Правила и процедуры, которые отвечают за взаимодействие между соседними уровнями внутри одного устройства, называются интерфейсами. 30

ЭТАЛОННАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ ( SI) O Взаимодействие между уровнями Компьютер А Компьютер В Данные 7 Уровень приложений Протокол уровня 7 Уровень приложений 7 Интерфейс Данные 6 Протокол уровня 6 Уровень 6 Уровень представлений Данные Протокол уровня 5 5 Сеансовый уровень Сеансовый уровень 5 Сегменты Протокол уровня 4 4 Транспортный уровень Транспортный уровень 4 Пакеты Протокол уровня 3 3 Сетевой уровень Сетевой уровень 3 Кадры Протокол уровня 2 2 Канальный уровень Канальный уровень 2 31 Протокол уровня 1 1 Физический уровень Физический уровень 1

ЭТАЛОННАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ ( SI) O Инкапсуляция данных q Каждый уровень эталонной модели зависит от услуг нижележащего уровня. q Чтобы обеспечить эти услуги, нижний уровень при помощи процесса инкапсуляции помещает PDU, полученный от верхнего уровня, в свое поле данных и добавляет служебную информацию, необходимую уровню для реализации своей функции. q По мере перемещения данных вниз по уровням модели OSI, к ним будут прикрепляться дополнительные заголовки и трейлеры. q Заголовки, увеличивают объем передаваемой информации, но она необходима для обеспечения взаимодействия приложений. L 7 H Data 7 Уровень приложений 7 Уровень приложений L 6 H L 7 H Data 6 Уровень представлений 6 Уровень представлений L 5 H L 6 H L 7 H Data 5 Сеансовый уровень 5 Сеансовый уровень L 4 H L 5 H L 6 H L 7 H Data 4 Транспортный уровень 4 Транспортный уровень L 3 H L 4 H L 5 H L 6 H L 7 H Data 3 Сетевой уровень 3 Сетевой уровень L 2 H L 3 H L 4 H L 5 H L 6 H L 7 H Data L 2 F 32 2 Канальный уровень 2 Канальный уровень 1 Физический уровень 01 0011 10001 00000 11110 1 Физический уровень

ЭТАЛОННАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ ( SI) O Обеспечивает интерфейс взаимодействия программ, работающих на Уровень 7 компьютерах в сети. С помощью этих программ пользователь получает приложений доступ к сетевым услугам. Уровень Определяет форматы передаваемой информации. Задачей данного 6 уровня является перекодировка, сжатие и распаковка данных, их представлений шифрование и дешифрование. Сеансовый Позволяет сетевым приложениям устанавливать, поддерживать и завершать 5 соединение, называемое сетевым сеансом. Обеспечивает синхронизацию. уровень Отвечает за восстановление аварийно прерванных сеансов связи. Транспортный Сегментирует и повторно собирает данные в один поток. 4 Обеспечивает надежную доставку информации между узлами сети. уровень Обеспечивает соединение и выбор маршрута между двумя конечными 3 Сетевой уровень системами, которые могут находиться в сетях, расположенных в разных концах земного шар, обеспечивает единую систему адресации. Обеспечивает надежную передачу данных через физический канал связи. Канальный 2 Решает вопросы физической адресации, доступа к среде передачи, уровень сообщений об ошибках, порядка доставки кадров и управления потоком данных. Физический Выполняет передачу неструктурированного потока бит по физической среде. 1 уровень 33 Отвечает за топологию, поддержание связи и описывает электрические, оптические, механические и функциональный интерфейсы со средой передачи: напряжения, частоты, длины волн, разъемы, число и функциональность контактов, схемы кодирования сигналов.

ЭТАЛОННАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ ( SI) O Тип Уровень обрабатываемых Функции Протоколы данных (PDU) DNS; NFS; BOOTP; DHCP; SNMP; Пользовательские Предоставление сервисов для 7 Уровень приложений RMON; FTP; TFTP; SMTP; POP 3; данные сетевых приложений IMAP; NNTP; HTTP; Telnet Закодированные Общий формат представления 6 Уровень представлений пользовательские данных, кодирование и шифрование SSL; Shells and Redirectors; MIME данные Установление сессий между Net. BIOS, Sockets, Named Pipes, 5 Сеансовый уровень Сессии приложениями RPC Адресация процессов, сегментация Дэйтаграммы/ повторная сборка данных, 4 Транспортный уровень TCP и UDP; SPX; Net. BEUI/NBF сегменты управление потоком, надежная доставка Передача сообщений между IP; IPv 6; IP NAT; IPsec; Mobile IP; Дэйтаграммы/ удаленными устройствами, выбор ICMP; IPX; DLC; PLP; протоколы 3 Сетевой уровень пакеты наилучшего маршрута, логическая маршрутизации, например RIP и адресация BGP IEEE 802. 2 LLC, семейство Доступ к среде передачи и Ethernet Token Ring; FDDI; IEEE 2 Канальный уровень Кадры физическая адресация 802. 11 (WLAN, Wi-Fi); Home. PNA; Home. RF; ATM; SLIP и PPP 34 Передача электрических и Физический уровень большинства 1 Физический уровень Биты оптических сигналов между технологий канального уровня устройствами

СТЕКИ ПРОТОКОЛОВ Ø Протоколы работают друг с другом в стеке ( stack, стопка) — это означает, что протокол, располагающийся на уровне выше, работает «поверх» нижнего, используя механизмы инкапсуляции. 35

СТЕКИ ПРОТОКОЛОВ Стек Net. BIOS/SMB ü Использовался в продуктах компаний IBM и Microsoft. ü На физическом и канальном уровнях этого стека поддерживаются все наиболее распространенные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и другие. ü На верхних уровнях работают протоколы Net. BEUI (Net. BIOS Extended User Interface) и SMB. Ø Протокол Net. BEUI реализует поддержку транспортного и сеансового уровней модели OSI. o Прост в настройке. o Быстро работает в небольших локальных сетях (до 200 компьютеров). v Недостатки: § Отсутствует маршрутизация : нет возможности сетевой адресации и пересылки пакетов между различными сетями. § Не может использоваться в больших сетях, типа Интернет. • Входил в состав ОС Windows, вплоть до Windows 2000. • В настоящее время не поддерживается, вытеснен стеком TCP/IP Ø Протокол SMB (Server Message Block) выполняет функции сеансового уровня, уровней представлений и приложений. Ø На основе SMB реализуется файловая служба, а также службы печати и передачи сообщений между приложениями. 36

СТЕКИ ПРОТОКОЛОВ Стек IPX/SPX ü Был разработан фирмой Novell в начале 80 -х г для ОС Net. Ware. ü Основа стека – протоколы IPX (Internetwork Packet e. Xchange) , реализующий функции сетевого уровня и SPX (Sequenced Packet e. Xchange), реализующий функции транспортного уровня модели OSI. ü Поддерживается маршрутизация. ü Является небольшим (его программную поддержку вместе с DOS можно было уместить на дискете 1. 44 Мб). ü Широкое распространение стек получил в локальных сетях в 1980 -90 -х гг. Ø Недостатки: § Использование широковещательных сообщений, которые сильно нагружали сеть. § Принадлежал одной фирме и для его реализации в других ОС надо было покупать лицензию. Ø В настоящее время еще продолжает поддерживаться некоторыми ОС, но его не использование сокращается. 37

Стек TCP/IP СТЕКИ ПРОТОКОЛОВ § Историческим и техническим стандартом для Интернет является модель и стек протоколов TCP/IP (Transmition Control Protocol/Internet Protocol). § История развития стека TCP / IP началась с проекта ARPAnet – сети Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA или ARPA). § Изначально сеть ARPAnet задумывалась как высоконадежная сеть, объединяющая военные, научные и государственные учреждения. § В 1973 г. началась разработка межсетевых протоколов для ARPAnet. Получившийся в результате стек протоколов TCP / IP оказался настолько удачным, что после прекращения финансирования проекта Министерством обороны он продолжал развиваться и стал основой Интернет. Основные преимущества стека TCP/IP над другими стеками: Ø Удобная система сетевой адресации. Ø Возможность маршрутизации пакетов. Ø Независимость от физической среды. Ø Открытый стандарт, его документы публикуются в Интернет в виде документов RFC (Request for comments, «запрос комментариев» ) 38

МОДЕЛЬ TCP/IP Модель TCP/IP Модель OSI Модель TCP/IP Уровень приложений Уровень (Application) представлений Сеансовый уровень Транспортный уровень Транспортный (Transport) уровень Уровень Интернет (Internet) Сетевой уровень Уровень доступа к среде Канальный уровень (Network Access) Физический уровень 39

СТЕК ПРОТОКОЛОВ TCP/IP Протоколы стека TCP/IP 40

Выводы: § Эталонная модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) описывает способ передачи информации по сети от приложения на одном компьютере к приложению на другом компьютер. § Модель OSI разделяет задачу перемещения информации по сети между компьютерами на семь уровней: уровень приложений , уровень представлений, сеансовый уровень, транспортный уровень , сетевой уровень, канальный уровень, физический уровень. § Каждый уровень эталонной модели зависит от услуг нижележащего уровня. Эти услуги оказываются с помощью процесса инкапсуляции. § Инкапсуляция – это процесс, в котором данные погружаются в заголовок определенного протокола (уровня) перед отправкой в сеть. § Модель TCP/IP состоит из 4 уровней, стек TCP/IP является самым распространенным набором протоколов на сегодняшний день. 41

ЛЕКЦИЯ 3. Топология сетей 42

Лекция 3. Топология сетей § Физическая и логическая топологии § Методы доступа к среде передачи § Сетевые устройства в топологии 43

ТОПОЛОГИЯ СЕТЕЙ Топология сети - способ описания конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств. Различают: q – описывает реальное расположение и связи Физическую топологию между узлами сети; q – описывает способы взаимодействия узлов и Логическую топологию характер распространения сигналов по сети рамках физической топологии. 44

ТОПОЛОГИЯ СЕТЕЙ Физические топологии Существует три базовые топологии, на основе которых строится большинство сетей: q «Шина» (Bus); q «Кольцо» (Ring); q «Звезда» (Star). 45

ТОПОЛОГИЯ СЕТЕЙ Топология «Шина» Все узлы соединяются между собой одним кабелем. Терминатор с заземлением +: простота реализации и дешевизна. - : сложность расширения; в каждый момент времени может передавать только один компьютер; невысокая надежность. 46

ТОПОЛОГИЯ СЕТЕЙ Топология «Кольцо» § Каждый из компьютеров соединяется с двумя другими так, чтобы от одного он получал информацию, а второму передавал ее. § Последний компьютер подключается к первому. Сервер +: каждый компьютер выступает в роли повторителя сигнала; отсутствие столкновений. -: сигнал в кольце должен пройти последовательно через все компьютеры; 47 невысокая надежность.

ТОПОЛОГИЯ СЕТЕЙ Топология «Звезда» Каждый из компьютеров подключается к центральному соединительному устройству. Преимущества: § Легкость обслуживания и устранения неисправностей; 48 § Защищенность. Недостатки: § Единая точка отказа

ТОПОЛОГИЯ СЕТЕЙ Топология «Дерево» (Tree) § Объединение нескольких «звезд» . § Наиболее распространенная топология при построении локальных сетей. 49

ТОПОЛОГИЯ СЕТЕЙ Полносвязная топология § Каждый компьютер и другие устройства соединены друг с другом напрямую § Высокая надежность – имеется несколько маршрутов передачи информации. § Используется там, где требуется обеспечение максимальной отказоустойчивости сети: при объединении нескольких сегментов сети крупного предприятия или при подключении к Интернет. § Существенно увеличивается расход кабеля, усложняется сетевое оборудование и его настройка. 50

ТОПОЛОГИЯ СЕТЕЙ Топология частичной (неполной) связности § Получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. Каждый компьютер сети соединяется с несколькими другими компьютерами этой же сети. § Характеризуется высокой отказоустойчивостью (каждый компьютер имеет множество возможных путей соединения с другими компьютерами), сложностью настройки и переизбыточным расходом кабеля. § Допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для крупных сетей. 51

ТОПОЛОГИЯ СЕТЕЙ Выбор топологии сети § Устойчивость к неисправностям узлов, подключенных к сети и обрывам кабеля. § Обеспечение возможности для дальнейшего расширения сети и перехода к новым высокоскоростным технологиям. § Низкая стоимость создания и сопровождения сети. § Удобное управление потоками сетевых данных. Также следует учитывать: ü Имеющуюся кабельную систему и оборудование. ü Физическое размещение устройств. ü Размеры планируемой сети. ü Объем и тип информации для совместного использования. 52

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ И РАЗДЕЛЯЕМЫЕ ЛИНИИ СВЯЗИ § В компьютерных сетях используют как индивидуальные линии связи между узлами, так и разделяемые (shared) , когда одна линия связи попеременно используется несколькими устройствами. § При использовании разделяемых линий связи (их также называют «разделяемая среда передачи данных» ( shared media )) возникает комплекс проблем, связанных с их совместным использованием. Терминатор Разделяемая среда Коммутатор 53 Индивидуальные линии связи

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ И РАЗДЕЛЯЕМЫЕ ЛИНИИ СВЯЗИ Сеть с разделяемой средой при большом количестве узлов будет работать всегда медленнее, чем аналогичная сеть с индивидуальными линиями связи, так как пропускная способность индивидуальной линии связи достается одному компьютеру, а при ее совместном использовании - делится на все компьютеры сети. 54

ДОСТУП К СРЕДЕ ПЕРЕДАЧИ С сетевой топологией связано понятие метода доступа к среде передачи. Для управления доступом и уменьшения конфликтов разработано много методов и технологий. Ø Множественный доступ с контролем несущей/обнаружением коллизий (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection , CSMA / CD ) – метод доступа к среде передачи, при котором все компьютеры в сети «прослушивают» кабель передачей данных и при обнаружении коллизии инициализируют повторную передачу пакета (через случайный промежуток времени). Ø Множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA/CA) – метод доступа к среде передачи, при котором используется либо доступ с квантованием времени, при котором каждый компьютер может передавать информацию только в строго определенные для него моменты времени, либо отправление запроса в сеть на получение доступа к среде. Ø Передача маркера (Token passing) – метод доступа к среде передачи, при котором право передавать данные может сетевое устройство владеющее маркером. 55

СЕТЕВЫЕ УСТРОЙСТВА В ТОПОЛОГИИ Ø При построении любой компьютерной сети используется коммуникационное или сетевое оборудование. Ø Основной его задачей является объединение компьютеров в сеть, сегментов (подсетей) одной сети, подключение компьютерных сетей разных топологий и технологий друг к другу, увеличение расстояния передачи сигнала. Ø Активное оборудование – это электронные и электронно-оптические устройства, обрабатывающие, формирующие, преобразующие и коммутирующие электрические и/или оптические сигналы, передавая и получая эти сигналы с использованием дополнительных источников энергии. Ø Пассивное оборудование представляет собой сетевое оборудование, не потребляющее электричества и не вносящее изменений в сигнал на информационном уровне. Все это оборудование является частью структурированных кабельных систем. Сетевое оборудование Активное: Пассивное: § сетевые адаптеры; § кабели; § повторители; § разъемы для кабелей; § концентраторы; § патч-панели; § медиаконвертеры; § монтажные шкафы; § трансиверы; § стойки. § мосты; § коммутаторы; 56 § точки доступа § маршрутизаторы.

СЕТЕВЫЕ УСТРОЙСТВА В ТОПОЛОГИИ Сетевой адаптер Для подключения компьютера к сети используется сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC). Он позволяет компьютеру подключаться к сети и взаимодействовать с другими устройствами. Сетевой адаптер выполняет функции физического и канального уровней модели OSI. Он хранит уникальный физический адрес (МАС-адрес), который позволяет уникально идентифицировать каждый узел в данном сегменте сети. Точка доступа Сетевой адаптер 57

СЕТЕВЫЕ УСТРОЙСТВА В ТОПОЛОГИИ Медиаконвертер ( Mediaconverter ) — это устройство физического уровня модели OSI , преобразующее среду распространения сигнала из одного типа в другой. Медиаконвертер Коммутатор Оптический кабель Медный кабель 58

СЕТЕВЫЕ УСТРОЙСТВА В ТОПОЛОГИИ Повторитель § Простейшим из сетевых устройств является повторитель (repeater) – это устройство физического уровня модели OSI , используемое для соединения сегментов среды передачи данных с целью увеличения общей длины сети. § Повторитель принимает сигналы из одного сегмента сети, усиливает их, восстанавливает синхронизацию и передает в другой сегмент сети. Повторитель 59

СЕТЕВЫЕ УСТРОЙСТВА В ТОПОЛОГИИ Концентратор § Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов сети, называется концентратором (concentrator) или хабом (hub). § Концентратор устройство физического уровня. Он принимает, усиливает и ретранслирует сигнал пришедший с одного из своих портов, на другие свои порты. § Концентратор всегда изменяет физическую топологию сети, но при этом оставляет без изменения ее логическую топологию. Физическая топологии сети типа звезда, а логическая топология сети осталась без изменения – это общая шина. Так концентратор повторяет данные, пришедшие с любого порта, на всех остальных портах, то они появляются одновременно на всех физических сегментах сети, как и в сети с физической топологией общей шины. 60

СЕТЕВЫЕ УСТРОЙСТВА В ТОПОЛОГИИ Мост ( bridge ) – это устройство канального уровня модели OSI , которое соединяет между собой два сегмента локальной сети. § Мост передает информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если такая передача действительно необходима, то есть если МАС-адрес компьютера назначения принадлежит другому сегменту. § Мост изолирует трафик одного сегмента от трафика другого, повышая общую производительность передачи данных в сети. Сегмент 1 Порт 1 Порт 2 Сегмент 2 Мост МАС- Порт адрес 1 1 1 2 3 4 2 1 3 2 61 4 2

СЕТЕВЫЕ УСТРОЙСТВА В ТОПОЛОГИИ Коммутатор ( switch ) – это устройство канального уровня модели OSI , которое предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. § Коммутатор – многопортовый мост. § Строит таблицу коммутации, устанавливающую связь между портами и МАС-адресами, подключенных к ним устройств. § Одновременно устанавливает несколько соединений между разными парами портов (микросегментация). 62

СЕТЕВЫЕ УСТРОЙСТВА В ТОПОЛОГИИ Коммутатор передает кадры через все порты: § Если в таблице коммутации отсутствует запись соответствия МАС-адреса устройства и порта коммутатора; § если МАС-адрес назначения широковещательный, т. е. кадр предназначен всем узлам сети. В этом случае говорят, что коммутатор образует широковещательный домен (broadcast domain) Широковещательный домен DA=FFFFFF 63

СЕТЕВЫЕ УСТРОЙСТВА В ТОПОЛОГИИ Маршрутизатор ( router ) – это устройство сетевого уровня модели OSI , пересылающее пакеты данных между различными сегментами сети (подсетями) и принимающее решения на основании информации о топологии сети и определённых правил, заданных администратором. Маршрутизаторы часто применяются для связи локальных сетей разных типов и для подключения локальных сетей к глобальным. Интернет Маршрутизатор 4 IP: 125. 1. 10. 1 Подсеть IP: 192. 168. 100. 1 1 3 IP: 192. 168. 130. 1 2 IP: 192. 168. 125. 1 192. 168. 100. 0/24 64 IP: 192. 168. 125. 0/24 IP: 192. 168. 130. 0/24

СЕТЕВЫЕ УСТРОЙСТВА В ТОПОЛОГИИ Шлюз § Под шлюзом понимается любое устройство, соединяющие разные сетевые архитектуры. § Шлюз должен не только иметь разные физические порты, но и понимать «разные» протоколы. § Примером шлюза может служить беспроводной ADSL-маршрутизатор. Беспроводной 4 -х портовый ADSl- маршрутизатор ADSL 65

СЕТЕВЫЕ УСТРОЙСТВА В ТОПОЛОГИИ Соответствие функций коммуникационного оборудования модели OSI 66

Выводы: q Базовыми физическими топологиями являются: «шина» , «кольцо» , «звезда» . q Наиболее распространенная топология при построении локальных сетей – «звезда» или гибридная топология типа «дерево» . q Логическая топология описывает способы взаимодействия узлов и характер распространения сигналов по сети рамках физической топологии. q Для компьютерных сетей характерны как индивидуальные линии связи, так и разделяемые. q Существуют три основных метода доступа к среде: множественный доступ с контролем несущей/обнаружением коллизий, множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий, передача маркера. q При построении сетей используется следующее оборудование: сетевые адаптеры, медиаконвертеры, коммутаторы, маршрутизаторы. 67

Лекция 4. Физический уровень модели OSI 68

Лекция 4. Физический уровень модели OSI § Понятие линий связи § Типы физической среды передачи § Способы передачи данных по линии связи § Характеристики линии связи § Стандарты кабелей § Типы кабелей § Беспроводные среды передачи § Кодирование и модуляция сигналов 69

ПОНЯТИЕ ЛИНИЙ СВЯЗИ q Линия связи ( Line ) - физическая среда, по которой передаются информационные сигналы аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры. Синонимом термина линия связи является термин канал связи (Channel). q Физическая среда передачи данных (medium) может представлять собой кабель, то есть набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которые распространяются электромагнитные волны. Линия связи передающее приёмное устройство сигнал - сообщение преобразователь сообщение-сигнал преобразователь Передатчик Приёмник 70 Физическая среда

ТИПЫ ФИЗИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ПЕРЕДАЧИ Среда передачи Беспроводные среды Кабельные среды передачи Коаксиальный кабель (coaxial cable) Радиоволны Волоконно-оптический кабель (fiber opti Инфракрасное излучение Витая пара (twisted pair) Видимый свет Неэкранированная (unshielded, UTP) Экранированная (shielded, STP) 71

СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО ЛИНИИ СВЯЗИ В зависимости от направления возможной передачи данных способы передачи данных по линии связи делятся на следующие типы: § Симплексный – передача по линии связи осуществляется только в одном направлении; Радиостанция Радиоприемник § Полудуплексный – передача ведется в обоих направлениях, но попеременно во времени; Точка доступа § Дуплексный – передача ведется одновременно в двух направлениях. 72 Коммутатор

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНИЙ СВЯЗИ К основным характеристикам линий связи относятся: q амплитудно-частотная характеристика; q полоса пропускания; q затухание; q помехозащищенность; q пропускная способность; q достоверность передачи данных; 73

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНИЙ СВЯЗИ Электрический сигнал может быть представлен в виде бесконечного ряда гармоник. § Линия связи искажает передаваемые сигналы из-за того, что ее физические параметры отличаются от идеальных. § Степень искажения синусоидальных сигналов оценивается с помощью амплитудно-частотной характеристики, полосы пропускания и затухания на 74 определенной частоте.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНИЙ СВЯЗИ Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) Амплитудно-частотная характеристика показывает как затухает амплитуда синусоиды на выходе линии связи по сравнению с амплитудой на ее входе для всех возможных частот передаваемого сигнала. § Из-за сложности определения АЧХ, для характеристики линии связи на практике чаще используются понятия пропускной способности и затухание. 75

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНИЙ СВЯЗИ Полоса пропускания ( B andwidth) - это непрерывный диапазон частот (обычно определяется как разность верхней и нижней граничных частот участка АЧХ), для которого отношение амплитуды выходного сигнала ко входному превышает некоторый заранее заданный предел, обычно 0, 5. § Полоса пропускания определяет частотный диапазон синусоидальных сигналов, пропускаемых линией связи без значительных искажений. § Ширина полосы пропускания существенным образом влияет на максимально возможную скорость передачи информации по ней. § Полоса пропускания зависит от типа линии связи и ее протяженности. 76

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНИЙ СВЯЗИ Затухание сигнала Затухание (Attenuation) определяется как относительное уменьшение амплитуды или мощности сигнала при передаче по линии сигнала определенной частоты. Затухание А обычно измеряется в децибелах (д. Б, – d. B) и вычисляется по следующей формуле: А = 10 lg Рвых /Рвх , где Рвых – мощность сигнала на выходе линии, Рвх – мощность сигнала на входе линии. 77

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНИЙ СВЯЗИ Пропускная способность (Throughput) линии характеризует максимально возможную скорость передачи данных по линии связи. Пропускная способность измеряется в битах в секунду - бит/с, а также в производных единицах, таких как килобит в секунду (Кбит/с), мегабит в секунду (Мбит/с), гигабит в секунду (Гбит/с) и т. д. Пропускная способность линии связи зависит от того, попадают ли значимые гармоники сигнала (то есть те гармоники, амплитуды которых вносят основной вклад в результирующий сигнал) в полосу пропускания линии. 78

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНИЙ СВЯЗИ Связь между полосой пропускания и пропускной способностью Связь между полосой пропускания линии и ее максимально возможной пропускной способностью , вне зависимости от принятого способа физического кодирования (способа представления дискретной информации в виде сигналов, передаваемых на линию связи), установил Клод Шеннон: , С = F log 2 (1 + Рс/Рш) где С - максимальная пропускная способность линии в битах в секунду, F - ширина полосы пропускания линии в герцах, Рс - мощность сигнала, Рш - мощность шума. 79

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНИЙ СВЯЗИ Помехозащищенность линии — способность линии уменьшать уровень помех, создаваемых во внешней среде и на внутренних проводниках. Эта способность зависит от: § характеристик используемой физической среды; § средств линии, предназначенных для экранирования и подавления помех самой линии. § Шум снижает качество сигнала и препятствует приемнику распознать действительный сигнал. 80 § Шумы оказывают различное воздействие на разные физические среды: o радиолинии — наиболее подвержены влиянию шума (наименьший показатель помехоустойчивости); o кабельные линии: витая пара наиболее подвержена влиянию шума, чем волоконно-оптическая линии.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНИЙ СВЯЗИ Типы шумов и помех Одними из самых распространенных форм шума являются: q Перекрестные наводки (Cross t alk) возникают, когда электромагнитное поле сигнала, передаваемого выходом передатчика по одной паре проводников, наводит на другую пару проводников сигнал помехи. Существуют два типа перекрестных наводок: o перекрестные наводки на ближнем конце (Near End Cross Talk, NEXT); o перекрестные наводки на дальнем конце (Far End Cross Talk, FEXT). q Электромагнитная интерференция и радиочастотная интерференция ( Electro. Magnetic Interference ( EMI ) , Radio Frequency Interference ( RFI )) - 81 электрический шум, источниками которого являются лампы дневного света, кондиционеры, радиосистемы, компьютеры, электрические двигатели.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНИЙ СВЯЗИ Способы борьбы с помехами Разработчики кабельных систем используют два основных способа для борьбы с помехами: q экранирование (shielding) В кабеле, в котором используется экранирование, металлическая оплетка или фольга окружает каждый провод или группу проводов. Экран действует как барьер для взаимодействующих сигналов. q подавление (cancellation) Магнитные поля двух проводов станут противоположны, и т. о. будут «подавлять» друга, если расположить их очень близко друг к другу. Скручивание проводов усиливает эффект подавления. 82 МГц

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНИЙ СВЯЗИ Достоверность передачи данных § Интенсивность битовых ошибок (Bit Error Rate, BER) характеризует вероятность искажения каждого передаваемого бита данных, т. е. частоту появления ошибочных битов. § Искажения бит происходят как из-за наличия помех на линии, так и по причине искажений формы сигнала из-за ограниченной полосы пропускания линии. § BER является показателем достоверности передачи двоичных символов, используемый для оценки качества каналов связи на физическом уровне. § Численно определяется как отношение количества ошибочно принятых битов к общему числу переданных. o Величина BER для каналов связи без дополнительных средств защиты от ошибок составляет, как правило, 10 -4 -10 -6, в волоконно-оптических линиях связи – 10‑ 9. o Значение достоверности передачи данных, например, в 10 -4 говорит о том, что в среднем из 10 000 бит искажается значение одного бита. 83

СТАНДАРТЫ КАБЕЛЕЙ Стандарты кабелей В компьютерных сетях применяются кабели, удовлетворяющие определенным стандартам, что позволяет строить кабельную систему сети из кабелей и соединительных устройств разных производителей. Сегодня наиболее употребительными стандартами в мировой практике являются следующие: q , который был разработан совместными Американский стандарт EIA/TIA-568 A усилиями нескольких организаций: ANSI, EIA/TIA и лабораторией Underwriters Labs (UL). q Международный стандарт ISO/IEC 11801. q Европейский стандарт EN 50173. 84

СТАНДАРТЫ КАБЕЛЕЙ Параметры кабелей Основными механическими и электрическими параметрами кабеля, представляющими практический интерес и нормируемыми действующими редакциями стандартов, являются: § затухание; § перекрестные наводки на ближнем конце (NEXT) и дальнем конце (FEXT); § импеданс (волновое сопротивление); § сопротивление постоянному току; § уровень внешнего электромагнитного излучения или электрический шум; § диаметр или площадь сечения проводника. 85

ТИПЫ КАБЕЛЕЙ Коаксиальный кабель - электрический кабель, состоящий из расположенных соосно центрального проводника и экрана и служащий для передачи высокочастотных сигналов. § Центральная часть кабеля представляет собой монолитный медный провод или скрученный провод, заключенный в изолирующую пластиковую оболочку. Эту изоляцию окружает второй проводник в виде трубки (может быть из фольги), который служит экраном от электромагнитных помех. Снаружи он покрыт жесткой пластиковой трубкой, формирующей оболочку кабеля. Внешний проводник Внутренний проводник Пластиковая оболочка Изоляция § RG-58 – «тонкий» кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Разработан для сетей Ethernet 10 Base 2. Диаметр проводника около 6 мм, расстояние передачи 185 м. § RG-8 и RG-11 – «толстый» кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Разработан для сетей Ethernet 10 Base 5. Диаметр проводника около 12 мм, расстояние передачи 500 м. 86 § RG-59 – кабель с волновым сопротивлением 75 Ом, используется для кабельного телевидения.

ТИПЫ КАБЕЛЕЙ Кабель на основе витой пары Витая пара ( twisted pair ) — вид кабеля связи, представляющий собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой. § Попарное скручивание проводов позволяет уменьшить воздействие перекрестных помех, так как электромагнитные волны, излучаемые каждым проводом, взаимно гасятся. § Для обозначения диаметра медных проводников витой пары принято использовать американскую метрику AWG (Average Wire Gauge) - калибр. o American Wire Gauge, AWG — Американский калибр проводов. Чем меньше номер, тем толще провод. Различают: Ø Кабель на основе неэкранированной витой пары (unshielded twisted-pair, UTP) Ø Кабель на основе экранированной витой пары (shielded twisted-pair, STP) 87

ТИПЫ КАБЕЛЕЙ Кабель на основе неэкранированной витой пары (UTP) Большинство кабелей UTP состоит из 4 -х скрученных между собой пар проводов. Внешняя оболочка Витая пара Медный проводник Разъем RJ-45 Разноцветная изоляция Для уменьшения перекрестных наводок между парами в кабеле, шаг скрутки для разных пар различен и определен в спецификации. o Волновое сопротивление кабеля – 100 Ом. o Максимальная длина кабеля – 100 м. o Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи разъёма 8 P 8 C (RJ-45). o Диаметр проводника – 22 (0, 6 мм) ÷ 24 AWG (0, 51 мм) 88

ТИПЫ КАБЕЛЕЙ Категории кабелей UTP Существует 7 категорий кабеля UTP, которые определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон: ANSI/TIA/EIA-568 Полоса частот (МГц) Приложения Дополнения и комментарии Телефонный кабель. Используется Категория 1 только для передачи голоса или данных Определена до 0, 1 МГц CAT 1 при помощи аналогового или ADSL- модема. Категория 2 2 -х парный кабель. Определена до 1 МГц Token Ring - 4 Мбит/с CAT 2 Сейчас не используется Категория 3 Token Ring - 4 Мбит/с 2 -х парный кабель. Определена до 16 МГц CAT 3 10 BASE-T- 10 Мбит/с Основное применение - передача голоса Token Ring- 16 Мбит/с 4 -х парный кабель. Категория 4 Определена до 20 МГц 10 BASE-T- 10 Мбит/с Комитетом TIA/EIA в дальнейшем не CAT 4 100 BASE-T 4 - 100 Мбит/с рассматривается. 10 BASE-T/100 BASE-TX (2 пары)- 4 -х парный кабель. Категория 5 Определена до 100 МГц 10/100 Мбит/с , Комитетом TIA/EIA в дальнейшем не CAT 5 1000 BASE-T (4 пары) -1 Гбит/с рассматривается 10 BASE-T/100 BASE-TX (2 пары)- 4 -х парный кабель. Категория 5 e Определена до 125 МГц 10/100 Мбит/с , Наиболее распространен в современных CAT 5 е 1000 BASE-T (4 пары) -1 Гбит/с сетях. 10 BASE-T- 10 Мбит/с, 4 -х парный кабель. Ограничивает Категория 6 100 BASE-TХ-100 Мбит/с, Определена до 250 МГц максимальное расстояние передачи для CAT 6 1000 BASE-T- 1 Гбит/с , 10 GBASE-T до 55 м. 10 GBASE-T - 10 Гбит/с 10 BASE-T- 10 Мбит/с, 4 -х парный кабель. Категория 6 а 100 BASE-TХ-100 Мбит/с, Планируется использовать его для Определена до 500 МГц CAT 6 а 1000 BASE-T- 1 Гбит/с , приложений, работающих на скорости до 10 GBASE-T - 10 Гбит/с 40 Гбит/с. Определена до 600 -700 МГц, 4 -х парный кабель. Категория 7 утверждена только Имеет общий экран и экраны вокруг 89 10 GE CAT 7 международным стандартом каждой пары. Используется новый «не RJ ISO 11801 -45» разъем

ТИПЫ КАБЕЛЕЙ Кабель на основе экранированной витой пары (STP) Кабели экранированной витой пары имеют дополнительную защиту из алюминиевой фольги, которая позволяет уменьшить воздействие внешних электромагнитных полей. Экран-фольга o Волновое сопротивление кабеля – 150 Ом. o Максимальная длина кабеля – 100 м. o Кабель совместим с разъемом RJ-45. o Требуется заземление. 90

ТИПЫ КАБЕЛЕЙ Обжим кабеля UTP Кабель на основе витой пары подключается к компьютерам и сетевым устройства с помощью разъема 8 P 8 C (8 Position 8 Contact) (ошибочное, но общепринятое название разъема RJ-45): Разъем RJ-45 Последовательность распределения проводников в разъеме определяется стандартами EIA/TIA- 568 A и EIA/TIA-568 В: 91 EIA/TIA-568 A EIA/TIA-568 В

Понятия «прямой» и «перекрестный» кабель Типы кабелей В зависимости от схемы распределения проводников в разъемах с двух сторон кабеля, кабели делаться на: § Прямые кабели (straight through cable) – витая пара с обеих сторон обжата одинаково, без перекрещивания пар внутри кабеля. Прямой кабель по стандарту EIA/TIA-568 A Прямой кабель по стандарту EIA/TIA-568 B большинство сетевых устройств способно автоматически определить метод обжима кабеля и подстроиться под него (Auto MDI/MDI-X). § Перекрестные кабели (crossover cable) – инвертированная разводка контактов с перекрещиванием пар внутри кабеля. для соединения напрямую двух сетевых плат, установленных в компьютеры, а также для соединения некоторых старых моделей концентраторов или коммутаторов (uplink-порт) 92

ПОРТЫ MDI И MDIX Существует следующие типы портов Ethernet с разъемом RJ-45: § MDI (Medium Dependent Interface - интерфейс, зависящий от передающей среды): o контакты 1 и 2 используются для передачи (Tx) информации (сигналов), 3 и 6 - для приема (Rx); o Ethernet -порт абонентского устройства (например, сетевой карты ПК). § MDI-X (Medium Dependent Interface crossover - интерфейс, зависящий от передающей среды, с перекрещиванием): o контакты 1 и 2 используются для приема (Rx) информации (сигналов), 3 и 6 - для передачи (Tx); o Ethernet –порт коммутатора, концентратора. Для соединения портов MDI-MDIX (компьютер-коммутатор) применяют прямой кабель UTP , а для соединений 93 портов MDI-MDI (компьютер-компьютер) и MDIX-MDIX — перекрестный.

ТИПЫ КАБЕЛЕЙ Волоконно-оптический (оптоволоконный) кабель § Действие оптического волокна основано на эффекте полного внутреннего отражения света при переходе из среды с большим коэффициентом преломления в среду с меньшим коэффициентом преломления. § Оптоволоконный кабель состоит из светопроводящего стеклянного сердечника окруженного стеклянной оболочкой с меньшим коэффициентом преломления. Стеклянное или пластиковое волокно (сердечник) Оболочка волоконного световода Несущий трос (для придания жесткости) Внешняя оболочка Упрочняющие элементы 94

ТИПЫ КАБЕЛЕЙ Классификация волоконно-оптических кабелей В зависимости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сердечника различают: § многомодовое волокно § одномодовое волокно 95

ТИПЫ КАБЕЛЕЙ Многомодовый волоконно-оптический кабель q В многомодовых кабелях (Multi Mode Fiber, MMF) оптический сигнал, распространяющийся по сердцевине представлен множеством мод. Мода описывает режим распространения световых лучей во внутреннем сердечнике кабеля. 40 -100 мкм Показатель преломления Мода 1 Мода 2 Многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления 40 -100 мкм Мода 2 Мода 1 Многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления q В многомодовых кабелях используются внутренние сердечники с диаметрами 62, 5/125 мкм и 50/125 мкм, где 62, 5 мкм или 50 мкм - это диаметр центрального проводника, а 125 мкм - диаметр внешнего проводника. § В качестве источников излучения света применяются светодиоды с длиной 96 волны 850 нм. § Максимальная длина многомодового кабеля – до 2 км. § Используется в локальных и домашних сетях небольшой протяженности.

ТИПЫ КАБЕЛЕЙ Одномодовый волоконно-оптический кабель q В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber, SMF) оптический сигнал, распространяю- щийся по сердцевине представлен одной модой. 5 -15 мкм Одномодовое волокно q В одномодовом кабеле используется центральный сердечник очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света - от 5 до 10 мкм. § В качестве источников излучения света применяются полупроводниковые лазеры с длиной волны 1300 нм, 1550 нм. § Максимальная длина одномодового кабеля – до 100 км. § Используется, как правило, для протяженных линий связи, городских и региональных сетей. 97

ТИПЫ КАБЕЛЕЙ Волоконно-оптические кабели присоединяют к оборудованию разъемами MT-RJ, ST, FC, SC, LC. Разъем ST Разъем типа SТ использует быстро сочленяемое байонетное соединение, которое требует поворота разъема на четверть оборота для осуществления соединения/разъединения. Разъем FC Разъемы типа FC ориентированы на применение с одномодовым кабелем. Разъем типа SC широко используется как для одномодового, так и для многомодового волокна. Относится к классу разъемов общего пользования. В Разъем SC разъеме используется механизм сочленения «push-pul» . Может объединяться в модуль, состоящий из нескольких разъемов. В этом случае модуль может использоваться для дуплексного соединения (одно волокно которого используется для передачи в прямом, а другое в обратном направлениях). Разъем LC Разъем типа LC имеет имеют размеры примерно в два раза меньшие, чем обычные варианты SC, FC, ST, позволяет реализовать большую плотность при установке на коммутационной панели. Помещен в прочный термостойкий пластмассовый корпус типа push-pull. Фиксируется в розетке защелкой RJ- типа. Может использоваться для дуплексного соединения. Разъем MT-RJ 98 Разъем типа MT-RJ представляет собой миниатюрный дуплексный разъем.

БЕСПРОВОДНЫЕ СРЕДЫ ПЕРЕДАЧИ Для построения беспроводной линии связи каждый узел оснащается антенной, которая может быть одновременно приемником и передатчиком электромагнитных волн: Электромагнитная волна Антенна Антенный кабель Точка доступа Электромагнитные волны (электромагнитное излучение) — распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля. Ø Электромагнитные волны свободно проходят через воздух или космическое пространство (вакуум). Ø Электромагнитные волны распространяются в пространстве со скоростью света (300 000 км/сек). Ø Волны могут распространяться во всех направлениях или в пределах определенного сектора. Это зависит от типа используемой антенны. 99

БЕСПРОВОДНЫЕ СРЕДЫ ПЕРЕДАЧИ Для передачи данных в беспроводных сетях используется широкий диапазон электромагнитного спектра: § радиоволны; § микроволны; § инфракрасное излучение; § видимый свет. 100