2. Сетевые протоколы и технологии
2.1 Физический уровень модели OSI
2.1.1 Свойства физического уровня
|
||
Передаются сигналы прямоугольной или синусоидальной формы
Кодирование (например): 4B/5B + скремблирование+ манчестерский код
|
||
Типы сред: Коаксиальный кабель, экранированная или неэкранированная витая пара, оптоволокно, радиоэфир
|
T — тип среды.
2 – тонкий коаксиал
5 – толстый коаксиал
T – витая пара
F – оптоволокно
Физические ограничения:
Тонкий коаксиал – 185 м.
Толстый коаксиал – 500 м.
Витая пара – 100 м.
Оптоволокно – 5 км и более.
2.1.2 Оборудование физического уровня
Повторитель (репитер, хаб, repeter, hub) – сетевое устройство, которое повторяет данные с одного порта на все остальные.Повторитель имеет несколько портов для подключения узлов, обычно, 10, 16, 24 и т.д.
Повторители характерны для технологии Ethernet.
Повторитель меняет только физическую топологию.
Логическая топология НЕ изменяется.
2.1.3 Проблемы масштабирования на физическом уровне
При организации сетей с помощью повторители трафик каждого клиента передается до всех остальных.
То есть данные предназначенные только одному клиенту достигают всех других, подключенных к сети клиентов.
Пусть узел А передает данные B.
Повторители передадут данные на все порты.
Данные получат все узлы сети. Однако все, кроме B отбросят их, так как не предназначены им.
При увеличении числа клиентов (до 10-20) объем «лишнего» трафика увеличивается на столько, что дальнейшее наращивание числа клиентов и служб в сети невозможно.
Противоречие. При построении сети на основе повторителей возникает высокая конкуренция за разделяемую среду передачи данных.Следовательно, необходима локализация трафика и логическая структуризация сети на более высоком уровне.
2.2 Канальный уровень модели OSI
|
||
Единица данных: кадр (frame)
Тип адресов: MAC-адреса
|
||
Протоколы: Ethernet (IEEE 802.3), Token Ring (IEEE 802.5), FDDI, SLIP, 100VG-Any_LAN, X.25, ATM, LAP-B, PPP, Wi-Fi, Bluetooth и др.
|
2.2.1 Протокол Ethernet (IEEE 802.3)
Алгоритм CSMA/CD
2.2.2 Протокол TokenRing (IEEE 802.5)
Алгоритм передачи кадра в TokenRing
2.2.3 Протокол FDDI
Сеть работает в двух режимах:
- Первый Thru (сквозной), нормальный – данные проходят через все узлы по первичному кольцу, второе не используется.
- Второй Wrap (свернутый), при обрыве кольца – кольца сворачиваются средствами концентраторов или сетевых адаптеров.
Структура двойного кольца в FDDI
SAS (Single Attachment Station),
DAS (Dual Attachment Station),
SAC (Single Attachment Concentrator),
DAC (Dual Attachment Concentrator)
2.2.4 Оборудования канального уровня. Мост и коммутатор
Сетевые адаптеры, Network Interface Card (NIC) – устройство, позволяющее передавать в сеть и принимать данные из сети.
Функции сетевого адаптера:
- Захват сети
- Передача кадра с данными
- Распознавание кадров среди битов данных
- Проверка кадров
Мост (bridge), коммутатор 2-го уровня – устройство, предназначенное для объединения сегментов компьютерной сетиКоммутатор, свитч (switch) – многопортовый мультипроцессорный мост.
Цели структуризации сети с помощью мостов и коммутаторов:
Локализация трафика и ограничение домена коллизий
Положительные следствия:
- Увеличение пропускной способности сети, приходящейся на один узел
- Увеличение гибкости сети
- Повышение безопасности данных
2.2.5 Режимы коммутации и алгоритмы работы
С промежуточным хранением (Store and Forward)
Коммутатор читает всю информацию в кадре. Проверяет его на отсутствие ошибок. Выбирает порт коммутаци и посылает в него кадр.
Сквозной (cut-through)
Коммутатор считывает в кадре только адрес назначения и после выполняет коммутацию.
+уменьшает задержки при передаче
– нет метода обнаружения ошибок
Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный.
Модификация сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (кадры размером 64 байта обрабатываются по технологии store-and-forward, остальные по технологии cut-through).
Алгоритм прозрачного моста (transparent bridge)
Ethernet
TokenRing, FDDI
2.2.6 Алгоритм прозрачного моста
Требуется автоматически.
Алгоритм построения таблицы коммутации (слева) и передача кадра (справа).
Мост по адресам отправителя строит таблицу коммутации.
Если порт получателя известен, то кадр отправляется по нему. Иначе – на все порты.
2.2.7 Алгоритм моста с маршрутизацией от источника
Преимущества |
Недостатки |
Более рациональные маршруты |
Более дорогие сетевые адаптеры, принимающие участие в маршрутизации |
Проще и дешевле — не нужно строить таблицы фильтрации |
Сеть непрозрачна — кольца имеют номера |
Более высокая скорость — не нужно просматривать таблицы фильтрации |
Увеличивается трафик за счет широковещательных пакетов |
2.2.8 Оборудование канального уровня и его место в стеке OSI
Сетевые адаптеры, Network Interface Card (NIC) вместе с драйвером на компьютере реализуют физический и канальный уровень.MAC-адрес — атрибут сетевого адаптера.
Место коммутатора в стеке OSI
С помощью хабов и свитчей нельзя создавать:
дублирующие линии связи и циклы,
иначе в сети произойдет «стоячая коллизия».
2.2.9 Передача данных на канальном уровне
Схема передачи кадра от узла 1 к узлу 2 между уровнями
С помощью хабов и свитчей нельзя создавать:
дублирующие линии связи и циклы,
иначе в сети произойдет «стоячая коллизия».
2.2.10 Типы коммутаторов
УправляемыеПозволяют управлять трафиком, проходящим через порты на основе различных параметров.
Через: SNMP, SSH, telnet.
НеуправляемыеНе позволяют управлять трафиком.
Модульные коммутаторы. Предназначены для применения на магистрали сети. Взаимодействие модулей организуется по быстродействующей шине или же на основе быстрой разделяемой памяти большого объема.
Модули коммутаторов обычно поддерживают горячую замену (hot swap)
Стековые коммутаторы. Могут работать автономно, так как выполнены в отдельном корпусе, но имеют специальные интерфейсы, которые позволяют их объединять в общую систему (стек), которая работает как единый коммутатор.
Скорость обмена между корпусами ниже, чем в модульных, т.к. расстояние между ними больше.
2.2.11 Характеристики коммутаторов
Скорость фильтрации (filtering) [кадров/сек] – скорость выполнения этапов:
- прием кадра в буфер,
- просмотр адресной таблицы и нахождения порта,
- уничтожение кадра, т.к. порт назначения = порт источнику.
Скорость продвижения (forwarding) [кадров/сек] – скорость выполнения этапов:
- прием кадра в буфер,
- просмотр адресной таблицы и нахождения порта,
- передача кадра в сеть через порт назначения.
Пропускная способность [байт/сек] — количество переданных данных через его порты в единицу времени.
Задержка передачи кадра [мкс] — время, прошедшее с момента прихода первого байта кадра на входной порт коммутатора до момента появления этого байта на выходном порту коммутатора.
- При коммутации «на лету» — 10-40 мкс
- При полной буферизации — 50-200 мкс
Максимальная емкость адресной таблицы [шт.] — максимальное количество MAC-адресов, с которыми может одновременно оперировать коммутатор для одного порта.
Внутренняя буферная память [байт на порт] — для временного хранения кадров данных в тех случаях, когда их невозможно немедленно передать на выходной порт. Буфер предназначен для сглаживания кратковременных пульсаций трафика.
2.2.12 Технология VLAN (IEEE 802.1q)
- Облегчается перемещение, добавление и изменение их соединений.
- Гибкость административного контроля
- Уменьшается потребление полосы пропускания.
- Сокращается непроизводственное использование CPU.
- Предотвращение петель и широковещательных штормов.
(1 441 views)