Системы мобильной радиосвязи

Хороший код должен сохранить все нужное в сообщении и исключить ненужное так, чтобы пространство передачи было использовано наиболее экономично в течение продолжительности передачи данного сообщения.

Ограничение в передаче обусловлено пропускной способностью канала. При формировании сообщения в сигналы необходимо добиваться экономичного использования пространства. Теория информации исследует зависимости между величиной сообщения, пространством передачи и помехами, действующими во время передачи помех. Она исследует математическими методами ограничения, имеющие место при передаче сигналов, поддающихся выражению в виде функциональной кривой, заданной взаимозависимостью частоты, амплитуды и времени. Пропускная способность канала передачи определяет, какое количество информации может быть передано за определенное время.

На пропускную способность канала влияет источник помех, под которыми понимаются изменения передаваемых сигналов, следствием которых является, например, искажение звука, отображения телеграфного сообщения и т. д. Вследствие помех количество информации в переданном сообщении всегда уменьшается при передаче и никогда не увеличивается, то есть количество принятой информации может быть лишь в идеальном случае таким же (но не больше), как и количество переданной информации. Этот идеальный случай возможен только в канале без шума. Шум вызывает искажение сообщения, рост неопределенности в передаваемом сообщении, причем этот шум может иметь своим следствием как исчезновение определенных переданных элементов сообщения, так и появление новых элементов в переданном сообщении.

Пропускная способность канала представляет собой число “независимых” “да – нет” решений, которые можно передавать в единицу времени. Ограничение канала, обусловленное его пропускной способностью, определяет подходящую статистическую структуру для передаваемых сигналов¹. Мера передачи информации по шумовому каналу задается по формуле Шеннона

Скремблирование

Скремблирование (англ. scramble — перемешивать) —разновидность кодирования информации, для передачи по каналам связи и хранения, улучшаюшаяспектральные и статиcтические характеристики.

Примечание: Слово скремблер также имеет иное значение — это устройство для шифрования аналогового(телефонного, телевизионного) сигнала.

Скремблирование есть приведение информации к виду, по различным характеристикам похожему наслучаные данные. Скремблирование выравнивает спектр сигнала, частоты появления различных символов иих цепочек.

Технология скремблирования

Наиболее распространённый способ скремблирования — смешивание сигнала с генераторомпсевдослучайных чисел. Аппаратные реализации скремблирования часто используют ГСЧ на сдвиговомрегистре с линейной обратной связью.

Применение скремблирования

Скремблирование применяется практически во всех современных средствах передачи информации иносителях. В частности, скремблирование используют: модем; жёсткий диск; компакт-диск и DVD.

Самосинхронизирующиеся коды

Самосинхронизирующиеся коды – специальные коды, которые предоставляют узлу-назначения информацию о том, когда именно необходимо выполнить распознавание очередного бита (или порции бит, если код ориентирован более чем на два состояния сигнала). Любой резкий перепад уровня сигнала – так называемый фронт – может служить хорошим указанием для синхронизации приемника с передатчиком. Отдаленной иллюстрацией самосинхронизирующегося кода может быть обычная синусоида, Так изменение амплитуды несущей частоты предоставляет приемнику возможность вычислить момент прихода входной последовательности бит. Но это относится как правило к аналоговой модуляции. В цифровом кодировании также существуют методы, которые создают самосинхронизирующиеся коды.

Таким образом, хороший цифровой код должен обеспечивать синхронизацию.

Одним из средств борьбы с помехами являются самовосстанавливающиеся(корректирующие) коды, дозволяющие не только лишь найти, да и поправить ошибки при приеме.

Пусть употребляется n-разрядный двоичный код. Ошибка при приеме кодовой композиции состоит в том, что (под влиянием помехи) или переданный нуль был принят, как единица, или единица была принята, как нуль. Ежели в кодовой композиции ошибка находится лишь в одном разряде, то такую ошибку будем именовать одиночной, ежели в 2-ух разрядах – двойной и т.д.

Ежели при передаче в качестве информационных употребляются все вероятные кодовые композиции, ошибки нереально даже найти: неважно какая ошибка преобразует кодовую комбинацию в другую допустимую кодовую комбинацию. Для определения ошибок нужно часть кодовых композиций зарезервировать для контроля ошибок. Для того, чтоб было можно найти одиночную ошибку, довольно в качестве информационных взять такие кодовые композиции, которые различались бы меж собой более, чем в 2-ух знаках. Тогда одиночная ошибка в хоть какой информационной кодовой композиции приводила бы к возникновению запрещенной кодовой композиции. Для исправления одиночных ошибок, можно применять код, информационные кодовые композиции которого различаются более, чем в 3-х знаках. Тогда одиночная ошибка даст запрещенную кодовую комбинацию, отличающуюся от начальной в одном знаке, но отличающуюся от хоть какой иной разрешенной композиции более, чем в 2-ух знаках. Соответственно, можно будет не только лишь найти ошибку, да и отыскать настоящую передававшуюся кодовую комбинацию.

Аналогичным образом можно выстроить коды, обнаруживающие и исправляющие ошибки хоть какой кратности. Для этого необходимо только уменьшать долю информационных кодовых композиций посреди всех вероятных.

При таком подходе нужно каждую принятую кодовую комбинацию ассоциировать со всеми разрешенными комбинациями и, в случае совпадения, считать, что ошибки не было, а в неприятном случае считать настоящей разрешенную комбинацию, отличающуюся от принятой в наименьшем количестве разрядов. Это – достаточно малоэффективный способ обнаружения и исправления ошибок.

Систематические коды

Систематические коды образуют большую группу из блочных, разделимых кодов (в которых все символы можно разделить на проверочные и информационные). Особенностью систематических кодов является то, что проверочные символы образуются в результате линейных операций над информационными символами. Кроме того, любая разрешенная кодовая комбинация может быть получена в результате линейных операций над набором линейно независимых кодовых комбинаций.

Алгоритмы сжатия данных

В зависимости от того, в каком объекте размещены данные, подлежащие сжатию различают:

1. Сжатие (архивация) файлов: используется для уменьшения размеров файлов при подготовке их к передаче каналами связи или к транспортированию на внешних носителях маленькой емкости;

2. Сжатие (архивация) папок: используется как средство уменьшения объема папок перед долгим хранением, например, при резервном копировании;

3. Сжатие (уплотнение) дисков: используется для повышения эффективности использования дискового просторную путем сжатия данных при записи их на носителе информации (как правило, средствами операционной системы).

Локальные вычислительные сети

руппа ЭВМ, а также периферийное оборудование, объединенные одним или несколькими автономными (не арендуемыми) высокоскоростными каналами передачи цифровых данных (в том числе проводными, волоконно—оптическими, радио—СВЧ или ИК—диапазона) в пределах одного или нескольких близлежащих зданий. Служит для решения комплекса взаимосвязанных функциональных и/или информационных задач (например, в рамках какой—либо организации или ее автоматизированной системы), а также совместного использования объединенных информационных и вычислительных ресурсов. В зависимости от принципов построения ЛВС подразделяются на типа “клиент—сервер” и ”файл—сервер” а также “одноранговые ” ( см. далее). ЛВС могут иметь в своем составе средства (см. — “Шлюз”) для выхода в распределенныеи глобальные вычислительные сети .

Топология сети

Под топологией вычислительной сети понимается способ соединения ее отдельных компонентов (компьютеров, серверов, принтеров и т.д.). Различают три основные топологии:

• топология типа звезда;
• топология типа кольцо;
• топология типа общая шина.

При использовании топологии типа звезда информация между клиентами сети передается через единый центральный узел. В качестве центрального узла может выступать сервер или специальное устройство – концентратор (Hub).

Преимущества данной топологии состоят в следующем:

1. Высокое быстродействие сети, так как общая производительность сети зависит только от производительности центрального узла.
2. Отсутствие столкновения передаваемых данных, так как данные между рабочей станцией и сервером передаются по отдельному каналу, не затрагивая другие компьютеры.

Однако помимо достоинств у данной топологии есть и недостатки:

1. Низкая надежность, так как надежность всей сети определяется надежностью центрального узла. Если центральный компьютер выйдет из строя, то работа всей сети прекратится.
2. Высокие затраты на подключение компьютеров, так как к каждому новому абоненту необходимо ввести отдельную линию.

При топологии типа кольцо все компьютеры подключаются к линии, замкнутой в кольцо. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер.

Передача информации в такой сети происходит следующим образом. Маркер (специальный сигнал) последовательно, от одного компьютера к другому, передается до тех пор, пока его не получит тот, которому требуется передать данные. Получив маркер, компьютер создает так называемый “пакет”, в который помещает адрес получателя и данные, а затем отправляет этот пакет по кольцу. Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя.

После этого принимающий компьютер посылает источнику информации подтверждение факта получения данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть.

Преимущества топологии типа кольцо состоят в следующем:

1. 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.
2. Протяженность сети может быть значительной. Т.е. компьютеры могут подключаться к друг к другу на значительных расстояниях, без использования специальных усилителей сигнала.

К недостаткам данной топологии относятся:

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

При топологии типа общая шина все клиенты подключены к общему каналу передачи данных. При этом они могут непосредственно вступать в контакт с любым компьютером, имеющимся в сети.

Передача информации в данной сети происходит следующим образом. Данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам сети. Однако информацию принимает только тот компьютер, адрес которого соответствует адресу получателя. Причем в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу данных.

Преимущества топологии общая шина:

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

К недостаткам топологии типа общая шина относятся:

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

Селективные методы

При реализации селективных методов рабочая станция осуществляет передачу только после получения разрешения, которое либо направляется каждой рабочей станции по очереди центральным управляющим органом сети (такой алгоритм называется циклическим опросом), либо передается от станции к станции (алгоритм передачи маркера).

Метод опроса

Эта технология доступа к передающей среде применяется в многоточечных линиях глобальных сетей. Суть ее заключается в том, что первичный узел последовательно предлагает вторичным узлам подключиться к общему каналу передачи. В ответ на такой запрос вторичный узел, имея подготовленные данные, осуществляет передачу. Если подготовленных данных нет, выдается короткий пакет данных типа «данных нет», хотя в современных системах, как правило, реакцией в таких случаях является «молчание».

Наиболее распространенный способ организации запроса – циклический опрос, т.е. последовательное обращение к каждому вторичному узлу в порядке очередности, определяемой списком опроса. Цикл завершается после опроса всех вторичных узлов из списка. Для сокращения потерь времени, связанных с опросом неактивных вторичных узлов (т.е. узлов, по той или иной причине не готовых к передаче данных), применяются специальные варианты процедуры опроса: наиболее активные вторичные узлы опрашиваются несколько раз в течение цикла; наименее активные узлы – один раз в течение нескольких циклов; частота, с которой опрашиваются отдельные узлы, меняется динамически в соответствии с изменением активности узлов.

Метод запроса на передачу

При использовании этого метода инициатива в подаче запроса на обслуживание принадлежит вторичному узлу, причем запрос подается первичному узлу, если действительно имеется необходимость в передаче данных или в получении данных от другого узла.

Эффективность этого метода по сравнению с методом опроса будет тем выше, чем в большей степени вторичные узлы отличаются друг от друга по своей активности, т.е. по частоте подачи запросов на обслуживание. При одних и тех же исходных данных и при условии, когда все абоненты сети являются активными, в сетях без опроса максимальное время реакции на запрос почти в 2 раза меньше, чем в сетях с опросам, а максимально допустимое число активных абонентов при ограничении времени реакции на запрос – почти в 2 раза больше.

Метод передачи маркера

Этот метод широко используется в сетях с магистральной (шинной), звездообразной и кольцевой топологией. Право на передачу данных станции получают в определенном порядке, задаваемом с помощью маркера, который представляет собой уникальную последовательность бит информации (уникальный кадр). Магистральные сети, использующие этот метод, называются сетями типа “маркерная шина”, а кольцевые сети – сетями типа “маркерное кольцо”.

В сетях типа “маркерная шина” доступ к каналу обеспечивается таким образом, как если бы канал был физическим кольцом, причем допускается использование канала некольцевого типа (шинного, звездообразного).

Право пользования каналом передается организованным путем. Маркер (управляющий кадр) содержит адресное поле, где записывается адрес станции, которой предоставляется право доступа в канал. Станция, получив маркер со своим адресом, имеет исключительное право на передачу данных (кадра) по физическому каналу. После передачи кадра станция отправляет маркер другой станции, которая является очередной по установленному порядку владения правом на передачу. Каждой станции известен идентификатор следующей станции. Станции получают маркер в циклической последовательности, при этом в физической шине формируется так называемое логическое кольцо. Все станции “слушают” канал, но захватить канал для передачи данных может только та станция, которая указана в адресном поле маркера. Работая в режиме прослушивания канала, принять переданный кадр может только та станция, адрес которой указан в поле адреса получателя этого кадра.

В сетях типа “маркерная шина”, помимо передачи маркера, решается проблема потери маркера из-за повреждения одного из узлов сети и реконфигурации логического кольца, когда в кольцо добавляется или из него удаляется один из узлов.

Преимущества такого метода доступа:

• не требуется физического упорядочения подключенных к шине станций, т.к. с помощью механизма логической конфигурации может быть обеспечен любой порядок передачи маркера станции, т.е. с помощью этого механизма осуществляется упорядочение использования канала станциями;
• имеется возможность использования в загруженных сетях;
• возможна передача кадров произвольной длины.

В сетях типа “маркерное кольцо” (сети с кольцевой топологией) сигналы распространяются через однонаправленные двухточечные пути между узлами. Узлы и однонаправленные звенья соединяются последовательно, образуя физическое кольцо. В отличие от сетей с шинной структурой, где узлы действуют только как передатчики или приемники и отказ узла или удаление его из сети не влияет на передачу сигнала к другим узлам, здесь при распространении сигнала все узлы играют активную роль, участвуя в ретрансляции, усилении, анализе и модификации приходящих сигналов.

Как и в случае маркерной шины, в качестве маркера используется уникальная последовательность битов. Однако маркер не имеет адреса. Он снабжается полем занятости, в котором записывается один из кодов, обозначающих состояние маркера – свободное или занятое. Если ни один из узлов сети не имеет данных для передачи, свободный маркер циркулирует по кольцу, совершая однонаправленное (обычно против часовой стрелки) перемещение. В каждом узле маркер задерживается на время, необходимое для его приема, анализа (с целью установления занятости) и ретрансляции. В выполнении этих функций задействованы кольцевые интерфейсные устройства.

Свободный маркер означает, что кольцевой канал свободен и что любая станция, имеющая данные для передачи, может его использовать. Получив свободный маркер, станция, готовая к передаче кадра с данными, меняет состояние маркера на “занятый”, передает его дальше по кольцу и добавляет к нему кадр. Занятый маркер вместе с кадром совершает полный оборот по кольцу и возвращается к станции-отправителю. По пути станция-получатель, удостоверившись по адресной части кадра, что именно ей он адресован, снимает копию с кадра. Изменить состояние маркера снова на свободное может тот узел, который изменил его на занятое. По возвращении занятого маркера с кадром данных к станции-отправителю кадр удаляется из кольца, а состояние маркера меняется на свободное, после чего любой узел может захватить маркер и начать передачу данных. С целью предотвращения монополизации канала станция-отправитель не может повторно использовать возвращенный к ней маркер для передачи другого кадра данных. Если после передачи свободного маркера в кольцо он, совершив полный оборот, возвращается к станции-отправителю в таком же состоянии ()это означает, что все другие станции сети не нуждаются в передаче данных), станция может совершить передачу другого кадра.

В кольцевой сети в передачей маркера также решается проблема потери маркера в результате ошибок при передаче или при сбоях в узле. Отсутствие передач в сети означает потерю маркера. Функции восстановления кольца в таких случаях выполняет сетевой мониторный узел.

Основные преимущества сетей типа “маркерное кольцо”:

• имеется возможность проверки ошибок при передаче данных: станция-отправитель. получив свой кадр от станции-получателя, сверяет его с исходным вариантом кадра. В случае наличия ошибки кадр передается повторно;
• канал используется полностью, его простои отсутствуют;
• метод может быть реализован в загруженных сетях;
• имеется принципиальная возможность (и в некоторых сетях она реализована) осуществлять одновременную передачу несколькими станциями сети.

Недостатки такого подхода:

• невозможность передачи кадров произвольной длины;
• в простейшем (описанном выше) исполнении не предусматривается использование приоритетов, вследствие чего станция, имеющая для передачи важную информацию, вынуждена ждать освобождения маркера, что сопряжено с опасностью несвоевременной доставки данных адресату;
• протокол целесообразно использовать только в локальных сетях с относительно небольшим количеством узлов, т.к. в противном случае время на передачу данных может оказаться неприемлемо большим.

Методы случайного доступа

Методы, основанные на соперничестве (методы случайного доступа, методы “состязаний” абонентов), предполагают, что каждая рабочая станция пытается “захватить” передающую среду. При этом могут использоваться несколько способов передачи данных: базовый асинхронный, синхронизация режима работы канала путем тактирования моментов передачи кадров, прослушивание канала перед началом передачи данных по правилу “слушай, прежде чем говорить”, прослушивание канала во время передачи данных по правилу “слушай, пока говоришь”. Эти способы используются вместе или раздельно, обеспечивая различные варианты загруженности канала стоимости сети.

“Безсерверная” организация построения сети, которая допускает включение в нее как ЭВМ различной мощности, так и терминалов ввода-вывода. Термин “одноранговая сеть” означает, что все терминалы сети имеют в ней одинаковые права. Каждый пользователь одноранговой сети может определить состав файлов, которые он предоставляет для общего использования (так называемые public files ). Таким образом, пользователи одноранговой сети могут работать как со всеми своими файлами, так и с файлами, предоставляемыми другими ее пользователями. Подключение отдельных ЭВМ в одноранговую сеть производится преимущественно высокочастотными коаксиальными кабельными линиями связи. Известны три основных вариантатопологииодноранговой сети, которые носят наименования “шина ”, “кольцо” и “звезда”. Создание одноранговой сети обеспечивает наряду с взаимообменом данными между включенными в нее ЭВМ совместное использование части дискового пространства (через public files), а также совместную эксплуатацию периферийных устройств (например, принтеров). Существуют и другие возможности, например, когда одна из ЭВМ временно берет на себя функции “сервера”, а остальные работают в режиме “клиентов”. Последнее широко используется в различного рода обучающих системах. Достоинствами одноранговых ЛВС являются также: относительная простота их установки и эксплуатации, умеренная стоимость, возможность развития (например, по числу включенных в них терминалов), независимость выполняемых вычислительных и других процессов для каждой включенной в сеть ЭВМ [169, 176].

Архитектура или организация построения сети (в том числе локальной и распределенной — см. далее), в которой производится разделение вычислительной нагрузки между включенными в ее состав ЭВМ, выполняющими функции “клиентов” (см. рис. 5 а), и одной мощной центральной ЭВМ — “сервером”. В частности, процесс наблюдения за данными отделен от программ, использующих эти данные. Например, сервер может поддерживать центральную базу данных, расположенную на большом компьютере, зарезервированном для этой цели. Клиентом будет обычная программа, расположенная на любой ЭВМ, включенной в сеть, а также сама ЭВМ, которая по мере необходимости запрашивает данные с сервера. Производительность при использовании клиент—серверной архитектуры выше обычной, поскольку как клиент, так и сервер делят между собой нагрузку по обработке данных. Другими достоинствами клиент—серверной архитектуры являются: большой объем памяти и ее пригодность для решения разнородных задач, возможности подключения большого количества рабочих станций, включая ПЭВМ и пассивные терминалы (см. ”Терминал ввода—вывода ” ), а также установки средств защиты от несанкционированного доступа (как сети в целом, так и отдельных ее терминалов, баз данных и т. д.)

CSMA/CD

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection — множественный доступ с прослушиванием несущей и обнаружением столкновений) — технология (IEEE 802.3) множественного доступа к общей передающей среде в локальной компьютерной сети с контролем коллизий. CSMA/CD относится к децентрализованным случайным (точнее, квазислучайным) методам. Он используется как в обычных сетях типа Ethernet, так и в высокоскоростных сетях (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet).

Так же называют сетевой протокол, в котором используется схема CSMA/CD. Протокол CSMA/CD работает на канальном уровне в модели OSI.

Характеристики и области применения этих популярных на практике сетей связаны именно с особенностями используемого метода доступа. CSMA/CD является модификацией «чистого»Carrier Sense Multiple Access (CSMA).

Технология доступа[править | править вики-текст]

Если во время передачи кадра рабочая станция обнаруживает другой сигнал, занимающий передающую среду, она останавливает передачу, посылает jam signal и ждёт в течение случайного промежутка времени (известного как «backoff delay» и находимого с помощью экспоненциального двоичного алгоритма выдержки), перед тем как снова отправить кадр.

Обнаружение коллизий используется для улучшения производительности CSMA с помощью прерывания передачи сразу после обнаружения коллизии и снижения вероятности второй коллизии во время повторной передачи.

Обнаружение коллизий[править | править вики-текст]

Методы обнаружения коллизий зависят от используемого оборудования, но на электрических шинах, таких как Ethernet, коллизии могут быть обнаружены сравнением передаваемой и получаемой информации. Если она различается, то другая передача накладывается на текущую (возникла коллизия) и передача прерывается немедленно. Посылается jam signal, что вызывает задержку передачи всех передатчиков на произвольный интервал времени, снижая вероятность коллизии во время повторной попытки.

Ethernet является классическим примером протокола CSMA/CD.

Первоначальный Variant I (больше не применяется).
Ethernet Version 2 или Ethernet-кадр II, ещё называемый DIX (аббревиатура первых букв фирм-разработчиков DEC, Intel, Xerox) — наиболее распространена и используется по сей день. Часто используется непосредственно протоколом интернет.

Novell— внутренняя модификация IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control).
Кадр IEEE 802.2 LLC.
Кадр IEEE 802.2 LLC/SNAP.
В качестве дополнения, Ethernet-кадр кадр может содержать тег IEEE 802.1Q, для идентификации VLAN к которой он адресован и IEEE 802.1p для указания приоритетности.
Некоторые сетевые карты Ethernet, производимые компанией Hewlett-Packard использовали при работе кадр формата IEEE 802.12, соответствующий стандарту 100VG-AnyLAN.
Разные типы кадра имеют различный формат и значение MTU.

Разновидности Ethernet

В зависимости от скорости передачи данных и передающей среды существует несколько вариантов технологии. Независимо от способа передачи стек сетевого протокола и программы работают одинаково практически во всех нижеперечисленных вариантах.

В этом разделе кратко описаны все официально существующие разновидности. По некоторым причинам, в дополнение к основному стандарту многие производители рекомендуют пользоваться другими запатентованными носителями — например, для увеличения расстояния между точками сети используется оптоволоконный кабель. Большинство Ethernet-карт и других устройств имеет поддержку нескольких скоростей передачи данных, используя автоопределение скорости и дуплексности, для достижения наилучшего соединения между двумя устройствами. Если автоопределение не срабатывает, скорость подстраивается под партнёра, и включается режим полудуплексной передачи. Например, наличие в устройстве порта Ethernet 10/100 говорит о том, что через него можно работать по технологиям 10BASE-T и 100BASE-TX, а порт Ethernet 10/100/1000 — поддерживает стандарты 10BASE-T, 100BASE-TX, и 1000BASE-T.

Fast-Ethernet

Fast Ethernet — спецификация IEЕЕ 802.3 u официально принятая 26 октября 1995 года определяет стандарт протокола канального уровня для сетей работающих при использовании как медного, так и волоконно-оптического кабеля со скоростью 100Мб/с. Новая спецификация является наследницей стандарта Ethernet IEЕЕ 802.3, используя такой же формат кадра, механизм доступа к среде CSMA/CD и топологию звезда. Эволюция коснулась нескольких элементов конфигурации средств физического уровня, что позволило увеличить пропускную способность, включая типы применяемого кабеля, длину сегментов и количество концентраторов.

Структура Fast Ethernet

Чтобы лучше понять работу и разобраться во взаимодействии элементов Fast Ethernet обратимся к рисунку 1.

Рисунок 1. Система Fast Ethernet

Подуровень управления логической связью (LLC)

В спецификации IEEE 802.3 u функции канального уровня разбиты на два подуровня: управления логической связью (LLC) и уровня доступа к среде (MAC), который будет рассмотрен ниже. LLC, функции которого определены стандартом IEEE 802.2, фактически обеспечивает взаимосвязь с протоколами более высокого уровня, (например, с IP или IPX), предоставляя различные коммуникационные услуги:

· Сервис без установления соединения и подтверждений приема. Простой сервис, который не обеспечивает управления потоком данных или контроля ошибок, а также не гарантирует правильную доставку данных.

· Сервис с установлением соединения. Абсолютно надежный сервис, который гарантирует правильную доставку данных за счет установления соединения с системой-приемником до начала передачи данных и использования механизмов контроля ошибок и управления потоком данных.

· Сервис без установления соединения с подтверждениями приема. Средний по сложности сервис, который использует сообщения подтверждения приема для обеспечения гарантированной доставки, но не устанавливает соединения до передачи данных.

На передающей системе данные, переданные вниз от протокола Сетевого уровня, вначале инкапсулируются подуровнем LLC. Стандарт называет их Protocol Data Unit (PDU, протокольный блок данных). Когда PDU передается вниз подуровню MAC, где снова обрамляется заголовком и постинформацией, с этого момента технически его можно назвать кадром. Для пакета Ethernet это означает, что кадр 802.3 помимо данных Сетевого уровня содержит трехбайтовый заголовок LLC. Таким образом, максимально допустимая длина данных в каждом пакете уменьшается с 1500 до 1497 байтов.

Заголовок LLC состоит из трех полей:

· DSAP (1 байт) DestinationServiceAccessPoint — точка доступа к сервису системы — получателя указывает, в каком месте буферов памяти системы-получателя следует разместить данные пакета.

· SSAP (1 байт) SourceServiceAccessPoint— точка доступа к сервису системы — источника выполняет такие же функции для источника данных, размещенных в пакете, на передающей системе.

· Поле управления (1 или 2 байта) указывает на тип сервиса, необходимого для данных в PDU и функций пакета. В зависимости от того, какой сервис нужно предоставить, поле управления может быть длиной 1 или 2 байта.

· Гигабитный Ethernet также известен как “гигабит по меди” или 1000BaseT. Он представляет собой обычную версию Ethernet, работающую на скоростях до 1.000 мегабит в секунду, то есть в десять раз быстрее 100BaseT.

· Основой гигабитного Ethernet является стандарт IEEE 802.3z, который был утвержден в 1998 году. Однако в июне 1999 года к нему вышло дополнение – стандарт гигабитного Ethernet по медной витой паре 1000BaseT. Именно этот стандарт смог вывести гигабитный Ethernet из серверных комнат и магистральных каналов, обеспечив его применение в тех же условиях, что и 10/100 Ethernet.

· До появления 1000BaseT для гигабитного Ethernet необходимо было использовать волоконно-оптический или экранированный медный кабели, которые вряд ли можно назвать удобными для прокладки обычных локальных сетей. Данные кабели (1000BaseSX, 1000BaseLX и 1000BaseCX) и сегодня используются в специальных областях применения, поэтому мы не будем их рассматривать.

· Группа гигабитного Ethernet 802.3z прекрасно справилась со своей работой – она выпустила универсальный стандарт, в десять раз превышающий скорость 100BaseT. 1000BaseT также является обратно совместимым с 10/100 оборудованием, он использует CAT-5 кабель (или более высокую категорию). Кстати, сегодня типичная сеть построена именно на базе кабеля пятой категории.

Gigabit Ethernet

В стандарте (раздел 4.4.2) сделан ряд замечаний. Из них для нас важны следующие:

· термин LAN используется как синоним любых сетей (а не только LAN и MAN), работающих с протоколом Ethernet 802.3 для передачи данных (то есть поддерживаются и сети WAN);

· для 10GE минимальное значение интервала между пакетами может быть уменьшено до 40 BT (при измерении на интерфейсе XGMII, DTE) или 47 ВТ (на интерфейсе AUI, DTE) при наличии переменной сетевой задержки;

· при адаптации номинальной скорости 10GE к скорости SONET/SDH для WAN-совместимых приложений может быть использовано большее межкадровое расстояние (IFS – Inter-frame Spacing), при этом относительное расширение пробела (104 бит) позволяет адаптировать среднюю скорость MAC-подуровня к скорости SONET/SDH STS-192/STM-64 (то есть допустима инкапсуляция пакетов Ethernet в виртуальные контейнеры 10-гигабитного конкатенированного уровня указанных иерархий [3]).

В зависимости от версии 10GE в стандарте [1] кодирование на физическом уровне осуществляется кодом 64B/66B (требуемая полоса – 10,3125 Гбит/с) или кодом 8В/10В (полоса – 12,5 Гбит/с). Стандарт описывает три семейства версий 10GE.

Спецификация 10GBase-X
Данная спецификация описывает семейство 10GE, использующее четырехпотоковую передачу (в формате 4х8 бит) с кодированием каждого потока кодом 8В/10В. Эта спецификация поддерживается практически всеми уровнями и интерфейсами: MAC, RS, XGMII, XGXS, XAUI, PCS, PMA, PMD и может передаваться по медным шинам, медным парам и оптическому кабелю (ВОК). К этому семейству принадлежит версия 10GBase-LX4 – стандарт 10GE для среды передачи на базе ВОК, использующий 4 длины волны с шагом 13,4 нм во втором окне прозрачности (1300 нм). Каждая длина волны передает один из четырех потоков данных (Lane). Потоки объединяются мультиплексором WDM на передающей стороне перед подачей в ВОК и демультиплексируются на приемной стороне.

Формирование 4 потоков (рассмотрена только передающая сторона) осуществляется по схеме на рисунке (правая часть): {MAC}->{RS}-XGMII-{PCS (Кодер 8B/10B)}-> {PMA}->{PMD}-MDI-{Среда передачи}.

Последовательный поток данных МАС-подуровня делится на подуровне согласования RS на 4 потока (Lane 0-3) группами по одному байту. К каждому байту на XGMII присоединяется 1 бит управляющего заголовка (TxC). В подуровне PCS кодер 8В/10В перекодирует данные, формируя в PMA 4 группы 10-битовых последовательностей (Tcg), передаваемых в PMD, а затем через MDI, на модуляторы четырех несущих (подробнее см. раздел 48 и Annex 44A [1]). На приемной стороне реализован обратный процесс.

Спецификация 10GBase-R
Эта спецификация – целое семейство, которое включает: 10GBase-SR, 10GBase-LR и 10GBase-ER работающие на ВОК в трех разных окнах прозрачности: 850 нм (S), 1300 нм (L) и 1550 нм (E), соответственно. Эти спецификации могут быть как самостоятельными (после кодирования данных на подуровне PCS по схеме 64В/66В) или могут превращаться в спецификации 10GBase-W (если потоки данных после PCS передаются WAN-интерфейсу WIS).

Если спецификации 10GBase-R используются самостоятельно, то данные передаются на физический уровень и среду передачи по схеме, представленной на рис. 1 (средняя часть): {MAC}->{RS}-XGMII-{DTE XGXS (Кодер 8B/10B)}-XAUI-{PHY XGXS (Декодер 8B/10B)}-XGMII-{PCS (Кодер 64B/66B Скремблер Делитель 64/16)}-XSBI-{PMA}->{LAN PMD}-MDI-{Среда передачи}.

Здесь поток данных МАС-подуровня (рассмотрена только передающая сторона), как и для 10GBase-X, делится на RS-подуровне на 4 потока (Lane 0-3) группами по 1 байту. К каждому байту на XGMII присоединяется 1 бит управляющего заголовка (TxC). На верхнем подуровне XGXS кодер 8В/10В перекодирует данные, формируя 4 кодовые группы 10-битовых последовательностей (Cg), передаваемых через интерфейс XAUI. Группы Cg в нижнем подуровне XGXS декодируются и объединяются подуровнем PCS в 66-битную группу (2 бита синхронизации (01) 64 бита данных), то есть кодируются по схеме 64В/66В. Этот код поддерживает биты данных и управления, позволяющие обнаруживать ошибки. Затем данные скремблируются и разбиваются (при переходе через интерфейс XSBI в PMA) на 16-битные блоки данных, передаваемые в подуровень LAN PMD, а затем через интерфейс MDI на модулятор оптической несущей (раздел 49, Annex 44A). На приемной стороне осуществляется обратный процесс.

Спецификация 10GBase-W

Сети Arcnet FDDI

ARCNET (или ARCnet, от англ. Attached Resource Computer NETwork) — технология ЛВС, назначение которой аналогично назначению Ethernet и Token Ring. ARCNET являлась первой технологией для создания сетей компьютеров и стала очень популярной в 1980-х при автоматизации учрежденческой деятельности. Предназначена для организации ЛВС в сетевой топологии «звезда».

Основу коммуникационного оборудования составляет:

· коммутатор (switch)

· пассивный/активный концентратор

Преимущество имеет коммутаторное оборудование, так как позволяет формировать сетевые домены. Активные хабы применяются при большом удалении рабочей станции (они восстанавливают форму сигнала и усиливают его). Пассивные — при маленьком. В сети применяется назначаемый принцип доступа рабочих станций, то есть право на передачу имеет станция, получившая от сервера так называемый программный маркер. То есть реализуется детерминированный сетевой трафик.

Преимущества подхода:

· Можно рассчитать точное время доставки пакета данных.

· Можно точно рассчитать пропускную способность сети.

Замечания: сообщения, передаваемые рабочими станциями образуют очередь на сервере. Если время обслуживания очереди значительно (более, чем в 2 раза) превышает максимальное время доставки пакета между двумя самыми удалёнными станциями, то считается, что пропускная способность сети достигла максимального предела. В этом случае дальнейшее наращивание сети невозможно и требуется установка второго сервера.

Предельные технические характеристики:

· Минимальное расстояние между рабочими станциями, подключенными к одному кабелю — 0,9 м.

· Максимальная длина сети по самому длинному маршруту — 6 км.

Ограничения связаны с аппаратной задержкой передачи информации при большом количестве коммутирующих элементов.

· Максимальное расстояние между пассивным концентратором и рабочей станцией — 30 м.

· Максимальное расстояние между активным и пассивным хабом — 30 м.

· Между активным хабом и активным хабом — 600 м.

Достоинства:

· Низкая стоимость сетевого оборудования и возможность создания протяжённых сетей.

Недостатки:

· Невысокая скорость передачи данных.

После распространения Ethernet в качестве технологии для создания ЛВС, ARCNET нашла применение во встраиваемых системах.

Поддержкой технологии ARCNET (в частности распространением спецификаций) занимается некоммерческая организация ARCNET Trade Association (ATA).

FDDI (англ. Fiber Distributed Data Interface — Волоконно-оптический интерфейс передачи данных) — стандарт передачи данных в локальной сети, протянутой на расстоянии до 200километров. Стандарт основан на протоколе Token Ring. Кроме большой территории, сеть FDDI способна поддерживать несколько тысяч пользователей.

В качестве среды передачи данных в FDDI рекомендуется использовать волоконно-оптический кабель, однако можно использовать и медный кабель, в таком случае используется сокращение CDDI (Copper Distributed Data Interface). В качестве топологии используется схема двойного кольца, при этом данные в кольцах циркулируют в разных направлениях. Одно кольцо считается основным, по нему передаётся информация в обычном состоянии; второе — вспомогательным, по нему данные передаются в случае обрыва на первом кольце. Для контроля за состоянием кольца используется сетевой маркер, как и в технологии Token Ring.

Поскольку такое дублирование повышает надёжность системы, данный стандарт с успехом применяется в магистральных каналах связи.

Сетевые карты
Вставляется в материнскую карту компьютера. Данная карта обеспечивает приём/передачу информации
• Концентраторы
Это сетевое устройство предназначается для объединения в сеть компьютеров параллельно.
• Мост
Позволяет объединять несколько сетей в одну
• Повторитель
Применяется при длинных кабелях для того чтобы предотвратить затухание сигнала.
• Маршрутизатор (роутер)
Такие устройства используются при организации, как больших сетей, так и домашних. Обеспечивает трафик и позволяет его регулировать, задавая необходимые параметры.
Сетевое оборудование локальных сетей применяется для построения сетей на основе популярных технологий Token Ring и Ethernet.

Алгоритм работы моста

Прозрачные мосты незаметны для сетевых адаптеров конечных узлов, так как они самостоятельно строят специальную адресную таблицу, на основании которой можно решить, нужно передавать пришедший кадр в какой-либо другой сегмент или нет. Сетевые адаптеры при использовании прозрачных мостов работают точно так же, как и в случае их отсутствия, то есть не предпринимают никаких дополнительных действий, чтобы кадр прошел через мост. Алгоритм прозрачного моста не зависит от технологии локальной сети, в которой устанавливается мост, поэтому прозрачные мосты Ethernet работают точно так же, как прозрачные мосты FDDI.

Прозрачный мост строит свою адресную таблицу на основании пассивного наблюдения за трафиком, циркулирующим в подключенных к его портам сегментах. При этом мост учитывает адреса источников кадров данных, поступающих на порты моста. По адресу источника кадра мост делает вывод о принадлежности этого узла тому или иному сегменту сети.

Рассмотрим процесс автоматического создания адресной таблицы моста и ее использования на примере простой сети, представленной на рис. 4.18.

Рис. 4.18. Принцип работы прозрачного моста

Мост соединяет два логических сегмента. Сегмент 1 составляют компьютеры, подключенные с помощью одного отрезка коаксиального кабеля к порту 1 моста, а сегмент 2 – компьютеры, подключенные с помощью другого отрезка коаксиального кабеля к порту 2 моста.

Каждый порт моста работает как конечный узел своего сегмента за одним исключением – порт моста не имеет собственного МАС – адреса. Порт моста работает в так называемом неразборчивом (promisquous) режиме захвата пакетов, когда все поступающие на порт пакеты запоминаются в буферной памяти. С помощью такого режима мост следит за всем трафиком, передаваемым в присоединенных к нему сегментах, и использует проходящие через него пакеты для изучения состава сети. Так как в буфер записываются все пакеты, то адрес порта мосту не нужен.

В исходном состоянии мост ничего не знает о том, компьютеры с какими МАС – адресами подключены к каждому из его портов. Поэтому в этом случае мост просто передает любой захваченный и буферизованный кадр на все свои порты за исключением того, от которого этот кадр получен. В нашем примере у моста только два порта, поэтому он передает кадры с порта 1 на порт 2, и наоборот. Отличие работы моста в этом режиме от повторителя в том, что он передает кадр не побитно, а с буферизацией. Буферизация разрывает логику работы всех сегментов как единой разделяемой среды. Когда мост собирается передать кадр с сегмента на сегмент, например с сегмента 1 на сегмент 2, он заново пытается получить доступ к сегменту 2 как конечный узел по правилам алгоритма доступа, в данном примере – по правилам алгоритма CSMA/CD.

Одновременно с передачей кадра на все порты мост изучает адрес источника кадра и делает новую запись о его принадлежности в своей адресной таблице, которую также называют таблицей фильтрации или маршрутизации. Например, получив на свой порт 1 кадр от компьютера 1, мост делает первую запись в своей адресной таблице: МАС – адрес 1 – порт 1. Если все четыре компьютера данной сети проявляют активность и посылают друг другу кадры, то скоро мост построит полную адресную таблицу сети, состоящую из 4 записей – по одной записи на узел.

После того как мост прошел этап обучения, он может работать более рационально. При получении кадра, направленного, например, от компьютера 1 компьютеру 3, он просматривает адресную таблицу на предмет совпадения ее адресов с адресом назначения 3. Поскольку такая запись есть, то мост выполняет второй этап анализа таблицы – проверяет, находятся ли компьютеры с адресами источника (в нашем случае – это адрес 1) и адресом назначения (адрес 3) в одном сегменте. Так как в нашем примере они находятся в разных сегментах, то мост выполняет операцию продвижения (forwarding) кадра – передает кадр на другой порт, предварительно получив доступ к другому сегменту.

Если бы оказалось, что компьютеры принадлежат одному сегменту, то кадр просто был бы удален из буфера и работа с ним на этом бы закончилась. Такая операция называется фильтрацией (filtering).

Если же адрес назначения неизвестен, то мост передает кадр на все свои порты, кроме порта – источника кадра, как и на начальной стадии процесса обучения.

Разновидности коммутаторов

Сетевой коммутатор (жарг. свитч от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети.

Есть несколько видов коммутаторов, которые мы рассмотрим в данной теме.

Неуправляемый коммутатор подходит для построения домашней сети или сети малого офиса. Его отличие от остальных – “коробочная” версия. Т.е. после покупки достаточно настроить подключение к серверу провайдера и можно раздавать интернет. При работе с таким коммутатором стоит учитывать, что возможны кратковременные задержки при использовании пейджеров голосовой связи (Skype, Vo-IP) и невозможность распределения ширины канала интернета. Т.е. при включении программы Torrent на одном из компьютеров в сети – она будет потреблять почти всю ширину канала, а остальные компьютеры в сети – пользоваться остатками пропускной способности.

Управляемый коммутатор – это лучшее решение для построение сети в офисах и компьютерных клубах. Данный вид продается в стандартной комплектации и стандартными настройками. Для настройки такого коммутатора придется попотеть – большое количество настроек может вскружить голову, но при правильном подходе принести замечательные результаты. Главная особенность – распределение ширины канала и настройка пропускной способности каждого порта. Возьмем в пример канал интернета 50 Mbps/s, 5 компьютеров в сети, IP-TV приставку и ATC. Мы можем поступить несколькими вариантами, но рассмотрю я всего один. Далее – только Ваша фантазия и нестандартное мышление:) В общей сложности мы имеем относительно большой канал. Почему относительно? Эту информацию Вы узнаете далее, если внимательно вникнете в суть. Забыл уточнить – я собираю сеть для малого офиса. IP-TV используется для телевизора в комнате ожидания, компьютеры – для работы с электронной почтой, передачей документов, просмотров сайтов, ATC – для подключения стационарных телефонов к основной линии для приема звонков с Skype, QIP, сотовых телефонов и пр.

Начнем. Для компьютеров большой канал нам не нужен, поэтому вполне достаточно 2Mbps/s. для каждого. Это 10Mbps/s. Далее – IP-TV нужен для просмотра одного-трех каналов и хорошее качество не приоритет. Поэтому мы выделяем еще 5Mbps/s. для TV-приставки. У нас остается 35Mbps/s. 25 из которых мы выделяем для ATC, т.к. нам важна хорошая связь с клиентами, которые дозваниваются в офис. Вот мы и закончили. Человек, которые вник в суть данного текста спросит – “А оставшиеся 5Mpbs/s. куда?”. На этот вопрос есть ответ – у нас управляемый коммутатор и мы будем использовать 5Mpbs/s для динамического распределения этой полосы на рабочие станции. Так же один из ПК имеет исключительную важность – ПК директора или ген. директора. Он рассматривает предложения по электронной почте, общается с акционерами и остальным персоналом (в том числе удаленным) и просматривает сайты с продуктами, которые необходимы для компании. Соответственно, у него будет приоритет получения дополнительного канала от коммутатора. Вот такие вот дела:)

Управляемый коммутатор представляет собой модификацию обычного, неуправляемого коммутатора. Кроме чипа ASIC в нем присутствует микропроцессор, способный выполнять дополнительные операции над фреймами, такие как фильтрация, модификация и приоритезация, а так же другие, не связанные с пересылкой фреймов, действия. Например, предоставлять пользовательский интерфейс.

В практическом плане отличия управляемых коммутаторов от неуправляемых заключаются, во-первых, в списке поддерживаемых стандартов – если обычный, неуправляемый коммутатор поддерживает только стандарт Ethernet (IEEE 802.3) в различных его разновидностях, то управляемые коммутаторы поддерживают гораздо более широкий список стандартов: 802.1Q.802.1X, 802.1AE, 802.3ad (802.1AX) и так далее, которые требуют настройки и управления.

При организации корпоративных сетей очень важен этап предварительного планирования топологии сети, нагрузки по сегментам сети, расчёт протяжённости кабельной системы, а также затратная часть на сетевую инфраструктуру и серверы, предоставляющие сервис в этой сети. От правильности начального планирования зависит производительность и масштабируемость всей сети в целом и её отдельных компонентов. Ваша сеть скорее всего будет работать по Ethernet, а там, как известно используется протокол обнаружения коллизий. Чем правильнее вы спланируете свою сеть, тем меньше будет этих коллизий и тем лучше будет работать сеть в целом. На стадии планирования вам поможет статья по адресу http://citforum.ru/nets/articles/lso.shtml.

После того, как вы набросали план вашей будущей сети и приобрели необходимое оборудование, нужно распределить адресное пространство. В разделе Настройка сети приводилось несколько ссылок, помогающих разобраться в тонкостях организации подсетей, работе с сетевыми масками и пр. Здесь мы рассмотрим, почему используют подсети при организации корпоративных сетей.

Очень важным является следование RFC1918, которая регламентирует используемое для построения внутренних сетей адресное пространство. Напомним, что это блоки адресов: 10.0.0.0/8 для сетей класса A, 172.16.0.0/16—172.31.0.0/16 для сетей класса B, 192.168.0.0/16 для сетей класса C. Здесь после знака / указана битовая маска сети. Если вы не будете следовать этим рекомендациям, то у вас могут возникнуть сложности при подключении сети к Интернет.

Далее нужно выбрать из перечисленных выше вариантов сетевой блок, который будет удовлетворять размерам вашей сети. Как правило, в случае небольшой сети (до 254 машин), выбирают сеть 192.168.0.0/24. Для сети масштаба предприятия выбирают сеть класса А.

Введите организацию подсетей: адрес сети класса A может быть разбит на несколько (если не много) отдельных сетей. Управлять каждой отдельной сетью значительно проще.

Это позволяет устанавливать и управлять небольшими сетями — весьма возможно использовать различные технологии организации сетей. Помните, вы не можете смешивать Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM и т. п. на одной физической сети, однако они могут быть связаны мостами (bridges).

Другие причины для организации подсетей:

· Физическое размещение сайта может быть ограничено длиной кабеля. Ясно, что физическая инфраструктура может быть связана, требуя множественные сети. Организация подсетей позволяет это сделать, используя единственный сетевой номер. Сейчас это обычно делают интернет-провайдеры, которые желают дать своим постоянным клиентам с локальными сетями статические IP-адреса.

· Сеть перегружена. Её разбивают на подсети так, чтобы трафик был сосредоточен внутри подсетей, разгружая таким образом всю сеть, без необходимости увеличивать её общую пропускную способность.

· Разделение на подсети может быть продиктовано соображениями безопасности, т. к. трафик в общей сети может быть перехвачен. Организация подсетей обеспечивает способ, позволяющий предохранить отдел маркетинга от “сующих нос не в свои дела”.

· Имеется оборудование, которое использует несовместимые технологии организации сетей, и есть потребность связать их (как упомянуто выше).

Каждая сеть имеет два адреса, не используемых для сетевых интерфейсов (компьютеров) — сетевой номер сети и широковещательный адрес. Когда вы организуете подсеть, каждая из них требует собственного, уникального IP-адреса и широковещательного адреса, причём они должны быть правильными внутри диапазона адресов сети, которую вы организуете.

Таким образом, разделение сети на две подсети приводит к тому, что образуются два адреса сети и два широковещательных адреса — увеличивается число “неиспользуемых” адресов интерфейсов; создание 4-х подсетей приведёт к образованию 8-и неиспользуемых адресов интерфейсов и т. д.

Фактически, самая маленькая пригодная для использования подсеть состоит из 4 IP-адресов:

· Два используются для интерфейсов: один для маршрутизатора в этой сети, другой для единственной машины в этой сети.

· Один адрес сети.

· Один широковещательный адрес.

Если у вас в подсети один компьютер, то любые сетевые сообщения должны отправляться в другую подсеть. Этим будет заниматься маршрутизатор, на котором вы в таблицу маршрутизации прописываете пути в эти подсети. А на этом единственном компьютере в подсети вы указываете маршрутизатор как маршрут по умолчанию, или шлюз. Для того, чтобы маршрутизатор перебрасывал пакеты между интерфейсами, вам обязательно надо включить форвардинг. Делается это в файлах /etc/sysconfig/network и /etc/sysctl.conf.

Сетевая маска позволяет разделить сеть на несколько подсетей. Сетевая маска для сети, не разделённой на подсети — это просто четвёрка чисел, которая имеет все биты в полях сети, установленные в 1 и все биты машины, установленные в 0.

Таким образом, для трёх классов сетей стандартные сетевые маски выглядят следующим образом:

Способ организации подсетей заимствует один или более из доступных битов номера хоста и заставляет интерпретировать эти заимствованные биты как часть сетевых битов. Таким образом, чтобы получить возможность использовать вместо одного номера подсети два, мы должны заимствовать один бит машины (крайний левый), установив его в сетевой маске в 1.

Структури́рованная ка́бельная систе́ма (СКС) — законченная совокупность кабелей связи и коммутационного оборудования, отвечающая требованиям соответствующих нормативных документов^[1]. Включает набор кабелей и коммутационных элементов, и методику их совместного использования, позволяющую создавать регулярные расширяемые структуры связей в локальных сетях различного назначения. СКС — физическая основа инфраструктуры здания, позволяющая свести в единую систему множество сетевых информационных сервисов разного назначения: локальные вычислительные сети и телефонные сети, системы безопасности, видеонаблюдения и т. д.

СКС представляет собой иерархическую кабельную систему, смонтированную в здании или в группе зданий, состоящую из структурных подсистем. В состав СКС входят такие элементы, как главный кросс (MC), кабель магистральной подсистемы первого и второго уровня, промежуточные кроссы (IC), горизонтальные кроссы (HC) и кабели горизонтальной подсистемы, а также консолидационные точки (CP), многопользовательские телекоммуникационные розетки (MuTOA или MuTO) и телекоммуникационные розетки (TO) и другие. Система может быть построена на основе медных или оптических кабелей, все элементы СКС интегрируются в единый комплекс (систему) и эксплуатируются согласно определённым правилам.

Кабельная система — это система, элементами которой являются кабели и компоненты, которые связаны с кабелем. К кабельным компонентам относится все пассивное коммутационное оборудование, служащее для соединения или физического окончания (терминирования) кабеля — телекоммуникационные розетки на рабочих местах, кроссовые и коммутационные панели(жаргон: «патч-панели») в телекоммуникационных помещениях, муфты и сплайсы;

Структурированная система — это любой набор или комбинация связанных и зависимых составляющих частей. Термин «структурированная» означает, с одной стороны, способность системы поддерживать различные телекоммуникационные приложения (передачу речи, данных и видеоизображений), с другой — возможность применения различных компонентов и продукции различных производителей, и с третьей — способность к реализации так называемой мультимедийной среды, в которой используются несколько типов передающих сред —коаксиальный кабель, UTP, STP и оптическое волокно. Структуру кабельной системы определяет инфраструктура информационных технологий, IT (Information Technology), именно она диктует содержание конкретного проекта кабельной системы в соответствии с требованиями конечного пользователя, независимо от активного оборудования, которое может применяться впоследствии.

Организация составных сетей

Сетевой (межсетевой) уровень отвечает за передачу пакетов между узлами в составных сетях, включая выбор маршрута передачи и согласование протоколов канального уровня.

Составные сети могут строиться на стандартах канального уровня, с использованием повторителей, мостов и коммутаторов. Такой подход часто бывает оправдан, однако имеет некоторые существенные недостатки и ограничения;

– в сети должны отсутствовать замкнутые маршруты (или, что то же самое, разные пути между двумя узлами); использование протокола Spanning Tree позволяет коммутаторам работать в таких сетях, но только отключив часть линий связи.

– такие сети подвержены широковещательным штормам

– сложно управлять трафиком на основе передаваемых данных

– плоская система адресации (только MAC-адреса, привязанные к сетевым адаптерам)

– ограниченные возможности трансляции разных протоколов канального уровня.

Составные сети

Сеть рассматривается как совокупность нескольких сетей и называется составной сетью или интерсетью (internetwork, internet), а ее части – подсетями (subnet) или просто сетями.

Составная сеть образуется путем соединения подсетей маршрутизаторами (router). Разные подсети могут быть локальными и глобальными, строиться на разных технологиях – Ethernet, Token Ring, X25, Frame Relay, ATM и т.д. Для того чтобы не зависеть от разных способов адресации, используемых в разных технологиях (локальных адресов), вводятся сетевые адреса, уникально идентифицирующие все узлы составной сети. Как правило, сетевой адрес состоит из двух частей: номера подсети и номера узла в подсети. Существуют способы адресации, использующие в качестве номера узла локальные (MAC) адреса (например, IPX/SPX). Такой вариант имеет ограниченную сферу применения, поскольку зависит от локальных технологий. Другие способы назначают узлам номера независимо от их локальных адресов (например, TCP/IP).

Мосты в глобальных сетях

Локальный мост передает данные между сетями, которые расположены в пределах ограничений кабеля по расстоянию. Локальные мосты применяются для разделения больших сетей на две и более подсетей с целью увеличения быстродействия и уменьшения стоимости линий связи.

Например, в одной организации различные отделы разделяют одну и ту же сеть. Т.к. большие сети медленнее малых, то есть возможность выделить в небольшие подсети компактно расположенные отделы. Используя локальный мост Netware, отделы могут продолжать разделять данные таким образом, как если бы они работали в одной сети, приобретая при этом быстродействие и гибкость, присущие малой сети.

С помощью локального моста можно расширить физические возможности сети. Если сеть Netware имеет максимально допустимое число узлов, поддерживаемое её аппаратной схемой адресации и есть необходимость в добавлении ещё нескольких узлов, то для расширения такой сети используется мост Netware. При этом включение в сеть дополнительного файлового сервера необязательно.

Чтобы пользователи каждой сети могли получить доступ к информации других сетей, необходимо связать эти сети, образуя интерсеть.

Удаленные мосты применяются, когда расстояние не позволяет соединять сети посредством кабеля. Например: соединение сети в г. Костроме с сетью г. Новгорода поставит перед необходимостью в использовании удаленного моста, так как ограничение по длине кабеля для локального моста будет превышено.

Удаленный мост использует промежуточную среду передачи (телефонные линии) для соединения с удаленной сетью или удаленными ПК.

При связи сети с удаленной сетью необходимо установить мост на каждом конце соединения, а при связи сети с удаленной РС – мост требуется только на сети.

Маршрутизация

Протокол GGP (Gateway to Gateway Protocol, RFC 823) был разработан и реализован фирмой BBN для первых экспериментальных шлюзов сети Internet. Он до сих пор используется в шлюзах фирмы BBN LSI/11, хотя считается, что GGP имеет серьёзные недостатки и позднее был заменён на алгоритм SPF. Алгоритм протокола GGP определяет маршрут с минимальным числом переприёмов, т.е. его мерой длины является просто число транзитных участков сети между парами шлюзов. Он реализует распределённый алгоритм кратчайшего пути, который требует глобальной сходимости маршрутных таблиц после изменений в топологии или связности.

Протокол RIP (Routing Information Protocol, RFC 1058, 1581, 1582, 1724) часто используется для класса протоколов маршрутизации, базирующихся на протоколах XNS (Xerox Network System — сетевая система Xerox) фирмы Xerox. Реализация протокола RIP для семейства протоколов TCP/IP широко доступна, поскольку входит в состав программного обеспечения ОС UNIX, например, FreeBSD или Linux. В силу своей простоты протокол RIP имеет наибольшие шансы превратиться в «открытый» протокол IGP, т.е. протокол, который может использоваться для совместной работы шлюзов, поставляемых разными фирмами. При использовании протокола RIP работает алгоритм динамического программирования Беллмана-Форда. В качестве метрики маршрутизации RIP использует число скачков (шагов) до цели. Такой вид метрики не учитывает различий в пропускной способности или загруженности отдельных сегментов сети. Каждому маршруту ставится в соответствие таймер тайм-аута и «сборщик мусора». Таймер тайм-аута сбрасывается каждый раз, когда маршрут инициализируется или корректируется. Если со времени последней коррекции прошло 3 минуты или получено сообщение в том, что вектор расстояния равен 16, маршрут считается закрытым, но запись о нём не стирается, пока не истечёт время «уборки мусора» (2 минуты). При появлении эквивалентного маршрута переключение на него не происходит. Протокол RIP достаточно простой, но не лишённый недостатков:

• требуется много времени для восстановления связи после сбоя в маршрутизаторе (минуты); в процессе установления режима возможны циклы;
• ? число шагов — важный, но не единственный параметр маршрута, да и 15 шагов — не предел для современных сетей.

Случай неустойчивой работы сети по протоколу RIP при изменении конфигурации – отказе линии связи маршрутизатора M1 с сетью 1. При работоспособном состоянии этой связи в таблице маршрутов каждого маршрутизатора есть запись о сети с номером 1 и соответствующим расстоянием до нее:

При обрыве связи с сетью 1 маршрутизатор М1 отмечает, что расстояние до этой сети приняло значение 16. Однако получив через некоторое время от маршрутизатора М2 маршрутное сообщение о том, что от него до сети 1 расстояние составляет 2 хопа, маршрутизатор М1 наращивает это расстояние на 1 и отмечает, что сеть 1 достижима через маршрутизатор 2. В результате пакет, предназначенный для сети 1, будет циркулировать между маршрутизаторами М1 и М2 до тех пор, пока не истечет время хранения записи о сети 1 в маршрутизаторе 2, и он не передаст эту информацию маршрутизатору М1.

Для исключения подобных ситуаций маршрутная информация об известной маршрутизатору сети не передается тому маршрутизатору, от которого она пришла.

Формат сообщения протокола RIP 2

Протокол “HELLO”. Программное обеспечение Fuzzball для шлюза LSI/11 включает в себя реализацию протокола IGP под названием “HELLO”. В отличие от RIP в нём критерием выбора маршрута служит время, а не расстояние, поэтому “HELLO” требует достаточно точной синхронизации служб времени шлюзов.

Протокол OSPF (Open Shortest Path First, RFC 1850, 1583, 1584, 1587) представляет собой протокол состояния маршрута, причём в качестве метрики используется коэффициент качества обслуживания. Каждый маршрутизатор обладает полной информацией о состоянии всех интерфейсов шлюзов автономной системы. Определяющими являются три характеристики: задержка, пропускная способность и надёжность. Преимущества OSPF:

• для каждого адреса может быть несколько маршрутных таблиц, по одной на каждый вид IP-операции;
• каждому интерфейсу присваивается безразмерная цена, учитывающая пропускную способность, время транспортировки сообщения; каждой IP-операции может быть присвоена своя цена;
• при существовании эквивалентных маршрутов OSPF распределяет поток равномерно по этим маршрутам;
• при связи «точка–точка» не требуется IP-адрес для каждого из концов;
• применяется мультикастинг вместо широковещательной адресации, что снижает загрузку не вовлечённых в обмен сегментов.

Недостатки OSPF — трудно получить информацию о предпочтительности каналов для узлов, поддерживающих другие протоколы или имеющих статическую маршрутизацию.

TCP/ip

Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) – это промышленный стандарт стека протоколов, разработанный для глобальных сетей.

Стандарты TCP/IP опубликованы в серии документов, названных Request for Comment (RFC). Документы RFC описывают внутреннюю работу сети Internet. Некоторые RFC описывают сетевые сервисы или протоколы и их реализацию, в то время как другие обобщают условия применения. Стандарты TCP/IP всегда публикуются в виде документов RFC, но не все RFC определяют стандарты.

Стек был разработан по инициативе Министерства обороны США (Department of Defence, DoD) более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сателлитными сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Сеть ARPA поддерживала разработчиков и исследователей в военных областях. В сети ARPA связь между двумя компьютерами осуществлялась с использованием протокола Internet Protocol (IP), который и по сей день является одним из основных в стеке TCP/IP и фигурирует в названии стека.

Большой вклад в развитие стека TCP/IP внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей версии ОС UNIX. Широкое распространение ОС UNIX привело и к широкому распространению протокола IP и других протоколов стека. На этом же стеке работает всемирная информационная сеть Internet, чье подразделение Internet Engineering Task Force (IETF) вносит основной вклад в совершенствование стандартов стека, публикуемых в форме спецификаций RFC.

Если в настоящее время стек TCP/IP распространен в основном в сетях с ОС UNIX, то реализация его в последних версиях сетевых операционных систем для персональных компьютеров (Windows NT 3.5, NetWare 4.1, Windows 95) является хорошей предпосылкой для быстрого роста числа установок стека TCP/IP.

Итак, лидирующая роль стека TCP/IP объясняется следующими его свойствами:

• Это наиболее завершенный стандартный и в то же время популярный стек сетевых протоколов, имеющий многолетнюю историю.
• Почти все большие сети передают основную часть своего трафика с помощью протокола TCP/IP.
• Это метод получения доступа к сети Internet.
• Этот стек служит основой для создания intranet- корпоративной сети, использующей транспортные услуги Internet и гипертекстовую технологию WWW, разработанную в Internet.
• Все современные операционные системы поддерживают стек TCP/IP.
• Это гибкая технология для соединения разнородных систем как на уровне транспортных подсистем, так и на уровне прикладных сервисов.
• Это устойчивая масштабируемая межплатформенная среда для приложений клиент-сервер

ARP/IP/ICMP

Любое устройство, подключенное к локальной сети (Ethernet, FDDI и т.д.), имеет уникальный физический сетевой адрес, заданный аппаратным образом. 6-байтовый Ethernet-адрес выбирает изготовитель сетевого интерфейсного оборудования из выделенного для него по лицензии адресного пространства. Если у машины меняется сетевой адаптер, то меняется и ее Ethernet-адрес.

4-байтовый IP-адрес задает менеджер сети с учетом положения машины в сети Интернет. Если машина перемещается в другую часть сети Интернет, то ее IP-адрес должен быть изменен. Преобразование IP-адресов в сетевые выполняется с помощью arp-таблицы. Каждая машина сети имеет отдельную ARP-таблицу для каждого своего сетевого адаптера. Не трудно видеть, что существует проблема отображения физического адреса (6 байт для Ethernet) в пространство сетевых IP-адресов (4 байта) и наоборот.

Протокол ARP (address resolution protocol, RFC-826) решает именно эту проблему – преобразует ARP- в Ethernet-адреса.

ARP-таблица для преобразования адресов

Преобразование адресов выполняется путем поиска в таблице. Эта таблица, называемая ARP-таблицей, хранится в памяти и содержит строки для каждого узла сети. В двух столбцах содержатся IP- и Ethernet-адреса. Если требуется преобразовать IP-адрес в Ethernet-адрес, то ищется запись с соответствующим IP-адресом. Ниже приведен пример упрощенной ARP-таблицы.

Табл.1. Пример ARP-таблицы

Принято все байты 4-байтного IP-адреса записывать десятичными числами, разделенными точками. При записи 6-байтного Ethernet-адреса каждый байт указывается в 16-ричной системе и отделяется двоеточием.

ARP-таблица необходима потому, что IP-адреса и Ethernet-адреса выбираются независимо, и нет какого-либо алгоритма для преобразования одного в другой. IP-адрес выбирает менеджер сети с учетом положения машины в сети internet. Если машину перемещают в другую часть сети internet, то ее IP-адрес должен быть изменен. Ethernet-адрес выбирает производитель сетевого интерфейсного оборудования из выделенного для него по лицензии адресного пространства. Когда у машины заменяется плата сетевого адаптера, то меняется и ее Ethernet-адрес.

Протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol) является обязательным стандартом TCP/IP, описанным в документе RFC 792, «Internet Control MessageProtocol (ICMP)». Используя ICMP, узлы и маршрутизаторы, связывающиеся по протоколу IP, могут сообщать об ошибках и обмениваться ограниченной управляющей информацией и сведениями о состоянии.

ICMP-сообщения обычно автоматически отправляются в следующих случаях.

Протокол обмена управляющими сообщениями ICMP (Internet Control Message Protocol) позволяет маршрутизатору сообщить конечному узлу об ошибках, с которыми машрутизаторстолкнулся при передаче какого-либо IP-пакета от данного конечного узла.

Управляющие сообщения ICMP не могут направляться промежуточному маршрутизатору, который участвовал в передаче пакета, с которым возникли проблемы, так как для такой посылки нет адресной информации – пакет несет в себе только адрес источника и адрес назначения, не фиксируя адреса промежуточных маршрутизаторов.

Протокол ICMP – это протокол сообщения об ошибках, а не протокол коррекции ошибок. Конечный узел может предпринять некоторые действия для того, чтобы ошибка больше не возникала, но эти действия протоколом ICMP не регламентируются.

Каждое сообщение протокола ICMP передается по сети внутри пакета IP. Пакеты IP с сообщениями ICMP маршрутизируются точно так же, как и любые другие пакеты, без приоритетов, поэтому они также могут теряться. Кроме того, в загруженной сети они могут вызывать дополнительную загрузку маршрутизаторов. Для того, чтобы не вызывать лавины сообщения об ошибках, потери пакетов IP, переносящие сообщения ICMP об ошибках, не могут порождать новые сообщения ICMP.

Формат ICMP-пакета

ICMP-сообщения инкапсулируются и передаются в IP-датаграммах, как показано на следующем рисунке.

Существует несколько типов сообщений ICMP. Каждый тип сообщения имеет свой формат, при этом все они начинаются с общих трех полей: 8-битного целого числа, обозначающего тип сообщения (TYPE), 8-битного поля кода (CODE), который конкретизирует назначение сообщения, и 16-битного поля контрольной суммы (CHECKSUM). Кроме того, сообщение ICMP всегда содержит заголовок и первые 64 бита данных пакета IP, который вызвал ошибку. Это делается для того, чтобы узел-отправитель смог более точно проанализировать причину ошибки, так как все протоколы прикладного уровня стека TCP/IP содержат наиболее важную информацию для анализа в первых 64 битах своих сообщений.

UDP/TCP

Прежде всего, TCP и UDP – протоколы. А основное их отличие в том TCP – протокол с гарантированной доставкой пакетов, UDP – нет.

TCP — «гарантированный» транспортный механизм с предварительным установлением соединения, предоставляющий приложению надёжный поток данных, дающий уверенность в безошибочности получаемых данных, перезапрашивающий данные в случае потери и устраняющий дублирование данных. TCP позволяет регулировать нагрузку на сеть, а также уменьшать время ожидания данных при передаче на большие расстояния. Более того, TCP гарантирует, что полученные данные были отправлены точно в такой же последовательности. В этом его главное отличие от UDP.

UDP протокол передачи датаграмм без установления соединения. Также его называют протоколом «ненадёжной» передачи, в смысле невозможности удостовериться в доставке сообщения адресату, а также возможного перемешивания пакетов. В приложениях, требующих гарантированной передачи данных, используется протокол TCP.
UDP обычно используется в таких приложениях, как потоковое видео и компьютерные игры, где допускается потеря пакетов, а повторный запрос затруднён или не оправдан, либо в приложениях вида запрос-ответ (например, запросы к DNS), где создание соединения занимает больше ресурсов, чем повторная отправка.
И TCP, и UDP используют для определения протокола верхнего уровня число, называемое портом.

Rip ospf

В первое время RIP распространялся вместе с операционной системой BSD и не рассматривался в качестве стандарта для Интернет. Однако впоследствии, подобно множеству других служб BSD, он стал критически важным элементом IP-сетей. В настоящее время в документах IETF закреплено две версии RIP: версия 1 (исходная) — в RFC 1058 и версия 2 — в RFC 1722 (Internet Standard 56). Обе они похожи, но между ними имеются некоторые важные различия.

Протокол RIP основан на алгоритме “длины векторов” (distance-vector), который связывает длину маршрута (число переходов — hops) с его вектором (сетью или хостом назначения). Информацию о маршрутах к тем или иным сетям/хостам устройства RIP получают от соседних маршрутизаторов и затем выбирают маршрут с наименьшим числом переходов. Как только маршрут к месту назначения выбран, он сохраняется в локальной базе данных, а информация обо всех остальных маршрутах к тому же месту назначения стирается. Периодически каждый маршрутизатор сообщает остальным об обнаруженных им маршрутах.

Количество переходов в RIP равно числу маршрутизаторов между отправителем и сетью/хостом назначения. Если маршрутизатор подключен к требуемой сети напрямую, то расстояние до нее — ноль переходов. Если для доступа к нужной сети требуется лишь переслать дейтаграммы через соседний маршрутизатор, то расстояние до нее равно одному переходу. Когда маршрутизатор рассылает информацию о найденном маршруте, он увеличивает число переходов на единицу. Как только эти данные поступают на соседние маршрутизаторы, они сравниваются с информацией их собственных баз данных. Если какой-нибудь из предложенных маршрутов оказывается короче, нежели хранящийся в базе данных, он заносится в локальную таблицу маршрутизации, а маршрутизатор, с которого пришло сообщение, становится первым узлом для пересылки трафика по этому маршруту.

Протокол OSPF появился как ориентированный на IP-сети вариант протокола IS-IS. Он определен в нескольких документах IETF: в RFC 1131 описан OSPF 1 (устаревшая версия), в RFC 1583, — вероятно, самая распространенная версия OSPF 2, и, наконец, в RFC 2328 определен последний вариант OSPF 2 (Internet Standard 54).

При использовании OSPF на каждом маршрутизаторе содержится независимая база данных по административной области маршрутизации, включающая информацию о доступных сетях, маршрутизаторах и стоимости каждого соединения. Когда состояние сети, маршрутизатора или интерфейса изменяется, каждый обнаруживший это маршрутизатор (в пределах области) вносит информацию в локальную базу данных, а затем соответственно перестраивает карты маршрутизации. Выбор маршрута производится с учетом стоимости всех маршрутов к конкретной точке назначения и напрямую не зависит от числа переходов. Другими словами, для выбора оптимальных маршрутов в OSPF применяется алгоритм “стоимости векторов” (cost vector).

Эта модель предоставляет больше возможностей для улучшения маршрутизации (например, быстрее происходит синхронизация изменений), но требует большей вычислительной мощности и большего объема памяти от участвующих в процессе машин. По этой причине на рынке гораздо шире представлены системы с поддержкой RIP, нежели OSPF. Например, хотя во многих серверных ОС имеются те или иные OSPF-демоны, лишь очень небольшое число сетевых клиентов или устройств низшего класса поддерживают OSPF, поскольку даже для пассивного “прослушивания” приходится снабжать устройство полнофункциональным механизмом анализа базы данных OSPF.

В основе архитектуры OSPF лежит концепция административных областей. Маршрутизаторы, работающие в одной области, обмениваются подробной информацией о ней, но маршрутизаторам из удаленных областей передаются только общие сведения. Если имеется несколько областей, то для обмена информацией между ними организуется магистральная (стержневая) область. Через нее пограничные устройства будут обмениваться общей информацией, что означает наличие в OSPF двухуровневой иерархии обмена маршрутной информацией между областями (это относится не ко всему сетевому трафику, а только к сообщениям протоколов маршрутизации).

Областям присваиваются 32-битовые идентификаторы (обычно они представлены в виде адресов IPv4), магистраль же всегда имеет номер 0. Маршрутизаторы могут одновременно присутствовать в нескольких областях, но для каждой из них они должны хранить отдельную базу данных о состоянии соединений. Согласно терминологии OSPF, маршрутизатор, присутствующий одновременно в нескольких областях, называется ABR (Area Border Router), а маршрутизатор, обменивающийся данными с другим протоколом маршрутизации, — ASBR (Autonomous System Border Router).