Учебно методическое пособие для студентов специальности 050703 Информационные системы

Вид материалаМетодическое пособие

Содержание


Контрольные вопросы
2 Строит таблицу маршрутизации
4 Маршрутизатор – это
5 Отличие маршрутизатора от моста
6 Что такое шлюз?
7 Назначение шлюзов
8 На сегодня большая часть компьютерных сетей используют для соединения
9 Чем отличается мост от репитера
10 Устанавливает количество транзитов между ЛВС
Контрольные вопросы
Тест1 Что такое сетевая архитектура
2 Если среда получает питание от РС, то она является
4 Приемник, получив маркер, добавляет к нему свой пакет, который, дойдя до адресата, освобождает маркер – это особенность
5 Гарантирует, что в кольце одновременно находится лишь один маркер – это особенность
7 Если компьютеры подключены к концентратору и восстанавливают и ретранслируют сигнал
8 Протокол 802,5 используется архитектурой
10 Самая популярная в настоящее время архитектура
Подобный материал:
1   2   3   4   5
Задание

1 Определите, на сколько увеличится время передачи данных в сети с коммутацией пакетов по сравнению с сетью коммутации каналов, если известно:

– общий объем передаваемых данных – 200 Кбайт;

– суммарная длина канала – 5000 км;

– скорость передачи сигнала – 0,66 скорости света;

– пропускная способность канала – 2 Мбит/с,

– размер пакета без учета заголовка – 4 Кбайт;

– размер заголовка – 40 байт;

– интервал между пакетами – 1 мс;

– количество промежуточных коммутаторов – 10;

– время коммутации на каждом коммутаторе – 2 мс.

Считайте, что сеть работает в недогруженном режиме, так что очереди в коммутаторах отсутствуют.


2 Нарисовать планировку здания, топологию и принципиальную схему сети:

Определить тип и размеры кабеля

Количество и места расположения хабов

Количество и места расположения коннекторов

Общая стоимость проекта с указанием затрат на:

Стоимости сетевых карт

Стоимости коннекторов

Стоимости хабов

Стоимости кабеля

Прокладку кабеля

Программной настройки сети на каждом компьютере

Определить удельную стоимость проекта на один компьютер


Критерий правильного выполнения задания:

Минимум растрат

Надежность

Оптимальность и рациональность


Контрольные вопросы


1Что такое мост?
  1. Что такое шлюз?
  2. Чем отличается мост от коммутатора?


Тест


1 Что является одним из назначений мостов?

A) способность маркировать сообщения;

B) влияют на работоспособность сети;

C) объединяют 2 ЛВС в одну;

D) уменьшают дальность передачи сигналов;

E) способны фильтровать пакеты согласно некоторым критериям

2 Строит таблицу маршрутизации:

A) мост;

B) шлюз;

C) репитер;

D) маршрутизатор;

E) концентратор

3 Распространяет по сети все широковещательные пакеты:

A) мост;

B) шлюз;

C) репитер;

D) маршрутизатор;

E) концентратор


4 Маршрутизатор – это:

A) устройства, перенаправляющие сигнал;

B) устройства, отслеживающие, от какого компьютера поступает сигнал;

C)устройства для соединения сетей, использующих различные протоколы и архитектуры;

D) устройства, соединяющие все компьютеры рабочей группы;

E) устройства, способствующие затуханию сигнала

5 Отличие маршрутизатора от моста:

A) работает на канальном уровне;

B) работает на физическом уровне;

C) имеет свой адрес и используется как промежуточный пункт назначения;

D) работают с большим количеством рабочих станций;

E) работают с большим количеством рабочих станций

6 Что такое шлюз?

A) устройства, перенаправляющие сигнал;

B) устройства, отслеживающие, от какого компьютера поступает сигнал;

C) устройства, способствующие затуханию сигнала;

D) устройства, соединяющие все компьютеры рабочей группы;

E) устройства, обеспечивающие связь между различными архитектурами и средами


7 Назначение шлюзов:

A) способность маркировать сообщения;

B) влияют на работоспособность сети;

C) объединяют 2 ЛВС в одну;

D) связь между ПК и средой мини-фреймов;

E) связь между рабочими станциями

8 На сегодня большая часть компьютерных сетей используют для соединения:

A) провода и кабели;

B) терминаторы и хабы;

C) модемы и маршрутизаторы;

D) модемы и кабели;

E) терминаторы и маршрутизаторы

9 Чем отличается мост от репитера:

A) работают с большим количеством рабочих станций;

B) работают с меньшим количеством рабочих станций;

C) применимы только в соединении «Звезда»;

D) работают на канальном уровне;

E) работают на физическом уровне

10 Устанавливает количество транзитов между ЛВС:

A) мост;

B) шлюз;

C) репитер;

D) маршрутизатор;

E) концентратор.


Тема 4 Технологии построения и функционирования локальных сетей


Сетевая архитектура – это комбинация стандартов, топологий и протоколов, необходимых для создания работоспособной сети. В соответствии со стандартными протоколами физического уровня выделяют три основные сетевые архитектуры: Ethernet (протокол 802,3) и Fast Ethernet (протокол 802,30); ArcNet (протокол 802,4); Token Ring (протокол 802.5). Ethernet – популярная в настоящее время сетевая архитектура. Она использует:

– физические топологии «шина», «звезда» или «звезда – шина»;

логическую топологию «шина»;

– узкополосную передачу данных со скоростями 10 и 100 Мбит/с;

– метод доступа – CSMA/CD.

Среда передачи является пассивной, т. е. получает питание от РС. Сеть прекратит работу из-за физического повреждения или неправильного подключения терминатора. Передает информацию кадрами.

Поле «Тип протокола» используется для идентификации протокола сетевого уровня (IPX и IP) – маршрутизируемый или нет. Спецификация Ethernet выполняет функции физического и канального уровня модели OSI. Различают несколько стандартов сетевых архитектур Ethernet:

– 10BaseT – на основе витой пары;

– 10Base2 – на тонком коаксиале;

– 10Base5 – на толстом коаксиале;

– 10BaseFL – на оптоволокне;

– 10BaseX – со скоростью передачи 100 Мбит/с, который включает в себя ряд спецификаций в зависимости от среды передачи.

Рассмотрим наиболее распространенные стандарты данной архитектуры, применяемые при построении ЛВС.

Стандарт 10BaseT. Физическая топология представляет собой «звезду» на основе витой пары, соединяющей все узлы сети с концентратором, используя две пары проводов: одну для передачи, другую – для приема (рисунок 18).

Логически (т.е. по системе передачи сигналов) данная архитектура представляет собой «шину» как и все архитектуры Ethernet. Концентратор выступает как многопортовый репитер. Длина сегмента от 2,5 до 100 м. ЛВС стандарта 10BaseT может обслуживать до 1024 компьютеров.





Рисунок 18 – Сеть стандарта 10BaseT


Достоинством является возможность использования распределительных стоек и панелей коммутации, что позволяет легко перекоммутировать сеть или добавить новый узел без остановки работы сети.

Новейшие концентраторы позволяют расширять топологию сети, соединив отдельные концентраторы между собой магистралью на основе коаксиального или оптоволоконного кабеля и получить топологию «звезда – шина».

Стандарт 10Base2. Сеть такого типа ориентирована на тонкий коаксиальный кабель с максимальной длиной сегмента 185 м и возможностью подключения к одному сегменту до 30 ЭВМ (рисунок 19).





Рисунок 19 – Архитектура сети стандарта 10Base2


Эта сетевая архитектура физически и логически представляет собой «шину». С использованием репитеров может быть увеличена общая протяженность сети введением дополнительных сегментов. Однако при этом необходимо учитывать правило 5–4–3. Сеть на тонком коаксиале может состоять максимум из 5 сегментов кабеля, соединенных 4 репитерами. При этом только к 3 сегментам можно подключать рабочие станции. Два из пяти сегментов являются межрепитерными связями и служат только для увеличения длины сети (рисунок 20). Максимальное число компьютеров до 1024, а общая длина сети до 925м.





Рисунок 20 – Правило 5–4–3 для сети стандарта 10Base2


Стандарт 10Base5. Сетевая архитектура на толстом Ethernet логически и физически представляет собой «шину» (рисунок 21). Магистральный сегмент (т. е. главный кабель, к которому подключаются трансиверы для связи с РС) имеет длину до 500 м и возможность подключения до 100 компьютеров. С использованием репитеров, которые также подключаются к магистральному сегменту через трансиверы, общая длина сети может составить 2500 м.





Рисунок 21 – Сеть стандарта 10Base5


При расширении сети справедливо правило 5–4–3 и возможно комбинирование тонкого и толстого кабеля. В этом случае в качестве магистрали, способной передавать данные не большие расстояния, используется толстый кабель, а в качестве ответвляющих сегментов используют тонкий.

Стандарт 10BaseFL. Данная архитектура строится на оптоволоконном кабеле, доступ к которому со стороны компьютеров и репитеров осуществляется с помощью трансиверов (рисунок 22). На сегодняшний день в основном используются внешние трансиверы.





Рисунок 22 – Сеть стандарта 10BaseFL


Особенность этих трансиверов в том, что их передатчики преобразуют электрические сигналы от ЭВМ в световые импульсы, а приемники – световые в электрические. Популярность использования 10BaseFL обусловлена:

– высокой помехозащищенностью;

– возможностью прокладки кабеля между репитерами на большие расстояния, т. к. длина сегмента до 2 – 4 км;

– использование повторителей позволяющих реализовать «каскадные звезды» путем соединения оптических ответвителей.

Стандарт 100BaseX Ethernet. Этот стандарт, иногда называемый Fast Ethernet, является расширением существующей сетевой архитектуры Ethernet и соответствует протоколу физического уровня IEEE 802.30. Его особенностью является то, что он сохранил стандартный для Ethernet метод доступа CSMA/CD, от которого отходили разработчики других технологий повышенной скорости передачи в сети. Сохранение метода доступа означает, что имеющиеся в наличие драйверы для Ethernet будут работать без изменений.

Преимуществом этой технологии, появившейся в конце 1993 года, является то, что степень ее совместимости с Ethernet–сетями, позволяет интегрировать ее в эти сети с помощью двухскоростных сетевых адаптеров или мостов. Данная сетевая архитектура использует физическую топологию «звезда» или «звезда – шина» (подобно 10BaseT), где все кабели подключаются к концентратору (рисунок 23). Различают три спецификации среды:

– 100BaseT4 (UTR категории 3, 4 или 5 с 4–мя парами);

– 100BaseTX (UTR или STP категории 5 с 2–мя парами);

– 100BaseFX (двужильный оптоволоконный кабель).





Рисунок 23 – Сеть стандарта 100BaseX Ethernet

Для реализации этой технологии необходимо две пары проводов или двужильный оптокабель, чтобы организовать дуплексную передачу сигналов по традиционной CSMA/CD, используя одну пару для передачи, а другую – для приема.





Рисунок 24 – Сегментация сети


Мы уже рассматривали задачу построения сети из нескольких сегментов. В частности, если не хватает длины одного сегмента для соединения всех пользователей сети, то можно через репитер подключить еще один сегмент. Но иногда возникает и другая задача.

Пусть имеем сегмент сети с очень интенсивным трафиком, который снижает производительность всей сети. Повысить ее производительность можно, если разделить перегруженный сегмент на два и соединить их с помощью моста или маршрутизатора (рисунок 24). Тогда трафик в каждом сегменте уменьшится, т.к. меньшее число компьютеров в каждом из сегментов попытается осуществить передачу, и время доступа к кабелю сокращается. Сегментация может помочь и при ограничении доступа к конфиденциальной информации.

Сетевые архитектуры ArcNet и ArcNet Plus. Это простая, гибкая и недорогая сетевая архитектура, поддерживающая протокол физического уровня IEEE 802.4:

– физическая топология – «звезда», «шина», «звезда – шина»;

– логическая топология – упорядоченное «кольцо»;

– широкополосная передача данных 2,5 Мбит/с и 20 Мбит/с (для ArcNet Plus);

– метод доступа маркерный;

– средой передачи может быть:

– коаксиальный кабель (длиной 600 м при «звезде» и 300 м при «шине»);

– витая пара (максимальная длина 244 м – при «звезде» и «шине»);

Компьютеры могут быть коаксиальным кабелем связаны в шину или в иных случаях подключены к концентраторам, которые могут быть: пассивными; активными; интеллектуальными. Пассивные концентраторы просто осуществляют коммутацию кабельных соединений сети. Активные – восстанавливают и ретранслируют сигнал. Интеллектуальные – обнаруживают изменения в сети и удаленно управляют работой сетевых устройств.




Рисунок 25 – Архитектура ArcNet


Особенность маркерного доступа ArcNet (рисунок 25) состоит в том, что:

– все компьютеры имеют свои сетевые адреса;

– маркер передается между компьютерами согласно их номерам;

– маркер двигается от компьютера с меньшим номером к компьютеру с более высоким номером, хотя тот может находиться на другом конце сети;

– приемник, получив маркер, добавляет к нему свой пакет, который, дойдя до адресата, освобождает маркер.

Общее количество узлов: 255 – ArcNet; 2047 – Arc Net Plus. ArcNet – это одна из самых старых сетевых архитектур, реализованная недавно фирмой DataPoint в более современную ArcNet Plus. Однако на смену этим архитектурам приходят более современные и производительные. Одной из таких архитектур является FDDI, которая будет рассмотрена ниже. А сейчас познакомимся с давно используемой и хорошо зарекомендовавшей себя архитектурой.

Token Ring (Маркерное кольцо). Данная сетевая архитектура была разработана и внедрена фирмой IBM еще в 1984 г. как часть предложенного ею способа объединить в сеть весь ряд выпускаемых IBM компьютеров: персональные компьютеры; средние ЭВМ и мейнфреймы. Разрабатывая эту технологию, IBM ставила задачу обеспечить простоту монтажа кабеля – витой пары – соединяющего компьютер с сетью через розетку. Token Ring является реализацией протокола физического уровня IEEE 802.5:

– физическая топология – «звезда»;

– логическая топология – «кольцо»;

– узкополосный тип передачи;

– скорость передачи 4 и 16 Мбит/с;

– соединение неэкранированной и экранированной витой пары;

– метод доступа – маркерное кольцо.

Аппаратные компоненты. Логическое кольцо в этой сетевой архитектуре организуется концентратором, который называется модулем множественного доступа (MSAU – MultyStation Access Unit) или интеллектуальным модулем множественного доступа (SMAU – Smart Multystation Access Unit). Кабели (витые пары) соединяют клиентов и серверов с MSAU, который работает по принципу других концентраторов.





Рисунок 26 – Логическое кольцо


При соединении компьютеров он включается в кольцо (рисунок 26). IBM MSAU имеет 10 портов соединения. К нему можно подключить до восьми компьютеров. Каждое кольцо может содержать до тридцати трех концентраторов.

Общее число компьютеров – 72 при использовании UTP и 260 при использовании STP. Другие производители выпускают MSAU большей емкости (в зависимости от модели). Расширение логического кольца на базе концентраторов позволяет увеличить общее количество узлов в сети (рисунок 27).

При этом расстояние между концентраторами до 45м (152м), а каждая РС соединяется с MSAU: при UTP - сегментом до 45м; при STR – сегментом до 100м. Расстояние между MSAU можно увеличить до 365, установив репитер.





Рисунок 27 – Расширение логического кольца

FDDI – распределенный волоконно-оптический интерфейс передачи данных.

Одной из современных сетевых архитектур является архитектура FDDI (Fiber Distributed Data Interface), которая определяет:двухкольцевую топологию на основе оптоволокна:

– с маркерным методом доступа;

– со скоростью передачи 100 Мбит/с;

– при общей длине колец до 200 км.

Эта архитектура обеспечивает совместимость с Token Ring, поскольку у них одинаковые форматы кадров. Однако есть и различия. В сети FDDI компьютер:

– захватывает маркер на определенный интервал времени;

– за этот интервал передает столько кадров, сколько успеет;

– завершает передачу либо по окончании выделенного интервала времени, либо из-за отсутствия передаваемых кадров.

Поскольку компьютер, завершив передачу, сразу освобождает маркер, могут остаться несколько кадров, одновременно циркулирующих по кольцу. Этим объясняется более высокая производительность FDDI, чем Token Ring, которая позволяет циркулировать в кольце только одному кадру.

FDDI основана на технологии совместного использования сети. Это означает, что передавать данные одновременно могут несколько компьютеров. Хотя FDDI работает со скоростью 100 Мбит/с, технология совместного использования может стать причиной ее перегрузки. Так, если десять компьютеров начнут передавать данные со скоростью 10 Мбит/с каждый, общий поток будет равен 100 Мбит/с. А при передачи видеоинформации или данных мультимедиа среда передачи окажется потенциально узким местом системы.





Рисунок 28 – Топология FDDI


FDDI использует передачу маркера в двойном кольце. Трафик сети состоит из двух похожих потоков, движущихся в противоположных направлениях по двум кольцам: основному и дополнительному (рисунок 28).

Обычно данные передаются по основному кольцу. Если в основном происходит сбой, сеть автоматически реконфигурируется, и данные начинают передаваться по второму кольцу в другом направлении. Одно из достоинств FDDI – избыточность: одно кольцо является резервным.

При отказе кольца или разрыве кабеля сеть автоматически переконфигурируется и передача продолжится. Существуют ограничения:

– длина кабеля объединенных колец до 200 км;

– общее количество компьютеров до 1000 штук;

– через каждые 2 км необходима установка репитера.

Так как второе кольцо предназначено для защиты от сбоев, то для высоконадежной передачи эти показатели надо делить на два (пятьсот компьютеров при длине каждого кольца в 100 км). Компьютеры могут подключаться к одному или обоим кольцам (рисунок 29): станции класса А подключены к обоим кольцам; станции класса В только к основному. Если происходит сбой сети, станции класса А участвуют в переконфигурации, а станции класса В – не участвуют.





Рисунок 29 – Подключение РС к кольцам в FDDI


Физически FDDI имеет топологию «звезда». При этом отдельные компьютеры могут иметь соединение «точка – точка» с концентратором. Такое решение позволяет использовать интеллектуальные концентраторы для сетевого управления и поиска неисправностей.

Области применения FDDI:

– FDDI обеспечивает высокоскоростную связь между сетями различных типов и может применяться в сетях городского масштаба;

– используется для соединения больших или мини-компьютеров в традиционных компьютерных залах, обслуживая очень интенсивную передачу файлов;

– выступает в качестве магистральных сетей, к которым подключаются ЛВС малой производительности. Подключать все оборудование фирмы к одной ЛВС – не самое мудрое решение. Это может перегрузить сеть, а сбой какого-либо компонента – остановить работу всей фирмы;

– локальные сети, где нужна высокая скорость передачи данных. Это сети, состоящие из инженерных РС и компьютеров, где ведется видеообработка, работают системы автоматизированного проектирования, управления производством;

– любое учреждение, нуждающееся в высокоскоростной обработке. Даже в офисах коммерческих фирм производство графики или мультимедиа для презентаций и других документов нередко вызывает перегрузку сети.


Задание

1 Являются ли доменами коллизий показанные на рисунке 30 фрагменты сети?




Рисунок 30 – Домены коллизий


Какое максимальное время может ожидать станция до того момента, когда ее кадр будет отброшен адаптером?


2 Что произойдет, если в сети, построенной на концентраторах, имеются замкнутые контуры (например, такие, как на рисунке 31)?




Рисунок 31 – Замкнутый контур в сети Ethernet на концентраторах

3Оцените снижение производительности сети Ethernet при передаче файла размером в 240 000 байт при повышении уровня потерянных и искаженных кадров с 0 до 3 %. Работу сети иллюстрирует рисунке 32.



Рисунок 32 – Работа сети при передачи файла

Файл передается с помощью протоколов: Ethernet, IPX (сетевой уровень) и NCP (прикладной протокол файлового сервиса). Размеры заголовков про­токолов: Ethernet — 26 байт (с учетом преамбулы и поля FCS); О IPX – 30 байт; О NCP – 20 байт.

Файл передается сегментами по 1000 байт. Восстанавливает потерянные и иска­женные кадры только протокол NCP, который работает по методу простоя источника. Тайм – аут ожидания положительных квитанций фиксированный и равный 500 мс (это не единственный режим работы NCP, этот протокол мо­жет также работать в режиме скользящего окна, но в рассматриваемом случае режим скользящего окна не используется). Размер квитанции равен 10 байтам. Время обработки одного пакета на клиентской стороне составляет 650 мкс, а на сервере — 50 мкс.

Подсказка. Задача состоит из двух частей. Сначала нужно найти фактическую скорость передачи файла при идеальной работе сети, когда процент искажен­ных и потерянных кадров Ethernet равен нулю. Вторая часть задачи состоит в определении скорости передачи файла уже в условиях, когда по каким-то причинам кадры начали искажаться и теряться. Выполним первую часть дальше вместе.

Всего для передачи файла потребуется 240 пакетов Размер кадра Ethernet, переносящего 1000 байт передаваемого файла, составит:

1000 + 20 + 30 + 26 – 1076 байт, или 8608 бит.

Размер кадра Ethernet, переносящего квитанцию, равен 86 байт (вместе с пре-амбулой), или 688 бит.

В этих условиях время одного цикла передачи очередной части файла в иде­альной сети составит:

860,8 + 68,8 +650 + 50 = 1629,6 мкс. При этом общее время передачи файла в 240 000 байт составит:

240 х 1629,6 – 0,391 с, а фактическая скорость передачи данных:

240000/0,391 = 613810 байт/с, или 4,92 Мбит/с.

Остается найти скорость передачи данных в условиях потерь и искажений кадров.


Контрольные вопросы


1 Зачем в технологии Ethernet введен межпакетный (межкадровый) интервал?

2 Чему равны значения следующих характеристик стандарта 10Base5:

– номинальная пропускная способность (бит/с);

– эффективная пропускная способность (бит/с);

– пропускная способность (кадр/с);

– внутрипакетная скорость передачи данных (бит/с);

– межбитовый интервал (с).

3 Чем объясняется, что минимальный размер кадра в стандарте 10Base5 выбран равным 64 байт?


Тест


1 Что такое сетевая архитектура:

A) это комбинация стандартов, топологий и протоколов, которые необходимы для создания работоспособной сети;

B) это устройство связи, позволяющее компьютеру передавать данные по обычной телефонной линии;

C) это аппаратно-программные комплексы, которые исполняют функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа;

D) это компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым сервером;

E) управляют передачей электронных сообщений между пользователями сети

2 Если среда получает питание от РС, то она является:

A) активной;

B) пассивной;

C) зависимой;

D) информативной;

E) интеллектуальные

3 Физическая топология представляет собой «звезду» на основе витой пары, соединяющей все узлы сети с концентратором, используя две пары проводов: одну для передачи, другую – для приема:

A) Стандарт 100BaseX Ethernet;

B) Стандарт 10Base2;

C) Стандарт 10Base5;

D) Стандарт 10BaseT;

E) Стандарт 10BaseFL


4 Приемник, получив маркер, добавляет к нему свой пакет, который, дойдя до адресата, освобождает маркер – это особенность:

A) FDDI;

B) особенность соединения «шина»;

C) особенность Token Ring;

D) особенность маркерного доступа ArcNet;

E) особенность соединения MSAU

5 Гарантирует, что в кольце одновременно находится лишь один маркер – это особенность:

A) FDDI;

B) особенность соединения «шина»;

C) особенность Token Ring;

D) особенность маркерного доступа ArcNet;

E) особенность соединения MSAU

6 Этот стандарт, иногда называемый Fast Ethernet, является расширением существующей сетевой архитектуры Ethernet и соответствует протоколу физического уровня IEEE 802.30:

A) стандарт 100BaseX Ethernet;

B) стандарт 10Base2;

C) стандарт 10Base5;

D) стандарт 10BaseT;

E) стандарт 10BaseFL

7 Если компьютеры подключены к концентратору и восстанавливают и ретранслируют сигнал:

A) активные;

B) пассивные;

C) зависимые;

D) информативные;

E) интеллектуальные

8 Протокол 802,5 используется архитектурой:

A) Ethernet;

B) Fast Ethernet;

C) ArcNet;

D) Token Ring;

E) MSAU

9 Протокол 802,4 используется архитектурой:

A) Ethernet;

B) Fast Ethernet;

C) ArcNet;

D) Token Ring;

E) MSAU

10 Самая популярная в настоящее время архитектура:

A) Ethernet;

B) Fast Ethernet;

C) ArcNet;

D) Token Ring;

E) MSAU.