Вопрос №3 Принципы проектирования информационного обеспечения программного комплекса
| Вид материала | Документы |
- Е. В. Чепин московский инженерно-физический институт (государственный университет), 30.11kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины (модуля) case-средства проектирования программного, 143.56kb.
- Технология программирования, 643.21kb.
- Базы данных, 3110.93kb.
- А. А. Дюмин московский инженерно-физический институт (государственный университет), 30.84kb.
- Учебно-методический комплекс дисциплины разработка и стандартизация программных средств, 362.73kb.
- Методика выбора программного обеспечения турфирмой Антон Россихин (само-софт), 34.31kb.
- С. Д. Романин московский инженерно-физический институт (государственный университет), 24.74kb.
- Примерная программа наименование дисциплины Проектирование и архитектура программных, 182.2kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины "системы автоматизированного проектирования электроустановок, 119.83kb.
Вопрос №28. Технические средства передачи информации.
Компоненты сети (коммутирующие устройства)
Кабельный сегмент сети - цепочка отрезков кабелей, электрически соединенных друг с другом.
Логический сегмент сети, или просто сегмент - группа узлов сети, имеющих непосредственный доступ друг к другу на уровне пакетов канального уровня. В интеллектуальных хабах Ethernet группы портов могут объединяться в логические сегменты для изоляции их трафика от других сегментов в целях повышения производительности и защиты.
Сетево́й концентра́тор или Хаб (от англ. hub — центр деятельности) — сетевое устройство, для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна.
В настоящее время почти не выпускаются — им на смену пришли сетевые коммутаторы (свитчи), выделяющие каждое подключенное устройство в отдельный сегмент. Сетевые коммутаторы также называют «интеллектуальными хабами».
Концентратор работает на физическом уровне сетевой модели OSI, повторяет приходящий на один порт сигнал на все активные порты. В случае поступления сигнала на два и более порта одновременно возникает коллизия, и передаваемые кадры данных теряются. Таким образом, все подключенные к концентратору устройства находятся в одном домене коллизий. Концентраторы всегда работают в режиме полудуплекса, все подключенные устройства Ethernet разделяют между собой предоставляемую полосу доступа.
Многие модели хабов имеют простейшую защиту от излишнего количества коллизий, возникающих по причине одного из подключенных устройств. В этом случае они могут изолировать порт от общей среды передачи.
Характеристики хабов:
- количество портов — разъёмов для подключения сетевых линий, обычно выпускаются хабы с 4, 5, 6, 8 и 16 портами (наиболее популярны последние два). Хабы с бо́льшим количеством портов значительно дороже, однако хабы можно соединять каскадно друг к другу, в некоторых для этого предусмотрены специальные порты.
- скорость передачи данных — измеряется в Мбит/с, выпускаются хабы со скоростью 10 и 100. Кроме того, в основном распространены концентраторы с возможностью изменения скорости, обозначаются как 10/100 Мбит/с. Скорость может переключаться как автоматически, так и с помощью перемычек или переключателей. Стоит помнить, что если хотя бы одно устройство присоединено к хабу на скорости нижнего диапазона, он будет отдавать данные на все порты с этой скоростью.
- тип сетевого носителя — обычно это витая пара или оптоволокно, но существуют концентраторы и для других носителей, а также смешанные, например для витой пары и коаксиального кабеля.
Сетевой коммутатор или свитч (от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передает данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.
Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI, и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.
Коммутатор хранит в памяти специальную таблицу, в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует пакеты данных, определяя MAC-адрес компьютера-отправителя, и заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит пакет, предназначенный для этого компьютера, этот пакет будет отправлен только на соответствующий порт. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется.
Узел сети (Node) - компьютер с сетевым интерфейсом (выступающий в роли рабочей станции, сервера или в обеих ролях), принтер или другое разделяемое устройство с сетевым интерфейсом.
Повторитель (repeater) - устройство для соединения сегментов одной сети, обеспечивающее промежуточное усиление и формирования сигналов. Позволяет расширять сеть по расстоянию и количеству подключенных узлов. Кроме простого усиления сигналов, повторители также объединяют идентичные ЛВС. Бывают многопортовые повторители и однопортовые.
Мост (Bridge) - сетевое устройство 2 уровня модели OSI предназначенное для объединения сегментов компьютерной сети (или подсети) (разных топологий и архитектур).
Мост, при получении пакета из сети, сверяет MAC-адрес последнего и если он не принадлежит данной под/сети передает (транслирует) пакет дальше в тот сегмент, которому предназначался данный пакет. Если пакет принадлежит данной под/сети, мост ничего не делает.
Есть так называемые Мосты 3 уровня, (маршрутизирующие мосты), которые кроме возможности объединения разных сегментов под/сетей, выполняют работу по маршрутизации пакета до места назначения.
Маршрутизатор (router) - сетевое устройство, используемое в компьютерных сетях передачи данных, которое, на основании информации о топологии сети (таблицы маршрутизации) и определённых правил, принимает решения о пересылке пакетов сетевого уровня модели OSI их получателю. Обычно применяется для связи нескольких сегментов сети.
Традиционно, маршрутизатор использует таблицу маршрутизации и адрес получателя, который находится в пакетах данных для дальнейшей передачи данных. Выделяя эту информацию, он определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные и направляет пакет по этому маршруту. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.
Существуют другие способы определения маршрута пересылки пакетов, когда, например, используется адрес отправителя, используемые протоколы верхних уровней и другая информация, содержащаяся в заголовках пакетов сетевого уровня. Нередко маршрутизаторы могут осуществлять трансляцию адресов отправителя и получателя (англ. NAT, Network Address Translation), фильтрацию транзитного потока данных на основе определённых правил с целью ограничения доступа, шифрование/дешифрование передаваемых данных и т. д.
Маршрутизаторы помогают уменьшить загрузку сети, благодаря её разделению на домены коллизий и широковещательные домены, а также фильтрации пакетов. В основном их применяют для объединения сетей разных типов, зачастую несовместимых по архитектуре и протоколам, например для объединения локальных сетей Ethernet и WAN-соединений, использующих протоколы DSL, PPP, ATM, Frame relay и т. д. Нередко маршрутизатор используется для обеспечения доступа из локальной сети в глобальную сеть Интернет, осуществляя функции трансляции адресов и межсетевого экрана.
В качестве маршрутизатора может выступать как специализированное устройство, так и PC компьютер, выполняющий функции простейшего роутера.
Шлюз (Gateway) - средство соединения существенно разнородных сетей.
Типы сетевых кабелей
1. Thick Ethernet. Имеет толщину около 15 мм, очень толстый и жесткий. Экранирован для предотвращения электрических помех.
2. Thin Ethernet. Аналогичен первому типу, только тоньше (5-6 мм). Подобен телевизионному кабелю. Состоит из центрального медного проводника, окруженного пластиковой изоляцией, слоем экранирующей оплетки и наружным пластиковым слоем.
3. Экранированная витая пара (UTP). Кабель состоит из двух или четырех пар проводов, скрученных между собой.
4. Неэкранированная витая пара (STP Shielded Twiser Pair). В отличии от неэкранированной витой пары, каждая из пар проводов заключена в экранирующую оплетку, и кроме того, весь кабель заключен в экранирующую оплетку.
5. Волоконно-оптические кабели обеспечивают наилучшую передачу сигнала. В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых сигналов. Эти кабели наиболее надежные и высокоскоростные. Это относительно надежный (защищенный) способ передачи, поскольку электрические сигналы при этом не передаются.
Типы сетевых конфигураций
1. Thick Ethernet (10Base-5). Толстый Ethernet. Шинная топология, кабель толстый коаксиал BELDEN. Ограничения сегмента (сегмент - общая длина кабеля между двумя терминалами на концах сети): максимальная длина - не более 500 м, не более 100 станций в сегменте и расстояние между станциями не менее 2,5 м. Длина отводного кабеля (кабеля снижения – drop cable) от основной линии (backbone) к рабочей станции не более 50 м. Отводной кабель, в свою очередь, присоединяется к AUI-порту сетевого адапетра с помощью разъема DB-15 (DIX-15) и через трансивер с основному кабелю.
2. Thin Ethernet (10Base-2). Тонкий Ethernet. Шинная топология, кабель тонкий коаксиал RG-58A/U (подойдет и российский РК-50). Максимальная длина сегмента не более 185 м, не более 30 станций в сегменте и расстояние между станциями не менее 0,5 м. К основной линии рабочие станции подключаются с помощью Т-образных коннекторов (T-Connector или BNC-тройник), который непосредственно подключается к сетевому адаптеру. BNC-коннекторы бывают "под пайку" и обжимные.
3. Ethernet (10Base-T). Ethernet на витой паре. Звездная топология, кабель RJ-45 UTP/STP непосредственно вставляется в разъем сетевого адаптера. Максимальная длина сегмента - 100 м на 1 узел (хаб), число станций по числу портов в хабе (обычно 8-24), новые станции устанавливаются через дополнительные хабы, коммутаторы, повторители или маршрутизаторы. Скорость не выше 10 Мбит/c. Буква T напоминает о типе кабеля (twisted-pair). Сами Хабы соединяются (с сервером или другими сегментами) с помощью витой пары или тонкого коаксиала. При расширении сети используется специальный кабель с другой разводкой или специальный порт на хабе.
4. 10BaseFL - Ethernet на оптико-волоконной линии (до 5 км).
5. Token Ring. Кольцевые сети с эстафетным доступом. Топология кольцевая. Как правило, соединяют мэйнфреймы IBM в сеть. Скорость 4 или 16 Мбит/c. С кабелем STP можно подключить до 260 станций к одному устройству множественного доступа. Максимальная длина кабеля 100 м.
6. Высокоскоростные сети Fast Ethernet (стандарты на 100 Мбит/с и более). Некоторые приложения порождают интенсивный трафик с видео, аудио файлами. Для работы с передачей мультимедиа данных используются волоконно-оптические линии связи или линии и технологии Fast Ethernet. В первом случае надо иметь специальные дорогие сетевые адаптеры и кабели и заменить все хабы и маршрутизаторы. Во втором случае, опять такие используются специальные высокоскоростные адаптеры, качественные экранированные кабели RJ-45.
100 base VG-AnyLAN Ethernet
Основана на звездной топологии на кабеле витой пары 3,4,5 категории или оптоволоконном кабеле. Метод доступа по приоритету запроса (различают два уровня приоритетов: низкий и высокий). Поддержка фильтрации персонально адресованных кадров в концентраторе (для повышения конфиденциальности). Поддержка кадров Token Ring и Ethernet. Выделяют родительские и дочерние концентраторы (специальные концентраторы и платы). Ограничение на максимальную длину кабеля в сегменте до 250 метров.
100 baseX Ethernet (Fast Ethernet)
Три среды передачи:
- 100baseT4 – это особая спецификация, разработанная комитетом IEEE 802.3u . Согласно этой спецификации, передача данных осуществляется по четырем витым парам телефонного кабеля, который называют кабелем UTP категории 3. Использует алгоритм кодирования данных 8В/6Т и метод физического кодирования NRZI.
- 100baseTX – две витые пары проводов. Передача осуществляется в соответствии со стандартом передачи данных в витой физической среде, разработанным ANSI (American National Standards Institute). Витой кабель для передачи данных может быть экранированным, либо неэкранированным. Использует алгоритм кодирования данных 4В/5В и метод физического кодирования MLT-3.
- 100baseFX – две жилы, волоконно-оптического кабеля. Передача также осуществляется в соответствии со стандартом передачи данных в волоконно-оптической среде, которой разработан ANSI. Использует алгоритм кодирования данных 4В/5В и метод физического кодирования NRZI.
1000 baseT Gigabit Ethernet
- 1000BASE-T, IEEE 802.3ab — Стандарт Ethernet 1 Гбит/с. Используется витая пара категории 5e или категории 6. В передаче данных участвуют все 4 пары. Скорость передачи данных — 250 Мбит/с по одной паре.
- 1000BASE-TX, — Стандарт Ethernet 1 Гбит/с, использующий только витую пару категории 6. Практически не используется.
- 1000BASE-SX, IEEE 802.3z — 1 Гбит/с Ethernet технология, использует многомодовое волокно дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров.
- 1000BASE-LX, IEEE 802.3z — 1 Гбит/с Ethernet технология, использует многомодовое волокно дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров. Оптимизирована для дальних расстояний, при использовании одномодового волокна (до 10 километров).
- 1000BASE-CX — Технология Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 25 метров), используется специальный медный кабель (Экранированная витая пара (STP)) с волновым сопротивлением 150 Ом. Заменён стандартом 1000BASE-T, и сейчас не используется.
- 1000BASE-LH (Long Haul) — 1 Гбит/с Ethernet технология, использует одномодовый оптический кабель, дальность прохождения сигнала без повторителя до 100 километров.
10 Gigabit Ethernet
Новый стандарт 10 Гигабит Ethernet включает в себя семь стандартов физической среды для LAN, MAN и WAN. В настоящее время он описывается поправкой IEEE 802.3ae и должен войти в следующую ревизию стандарта IEEE 802.3.
- 10GBASE-CX4 — Технология 10 Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 15 метров), используется медный кабель CX4 и коннекторы InfiniBand.
- 10GBASE-SR — Технология 10 Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 26 или 82 метров, в зависимости от типа кабеля), используется многомодовое оптоволокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров с использованием нового многомодового оптоволокна (2000 МГц/км).
- 10GBASE-LX4 — использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому оптоволокну. Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании одномодового оптоволокна.
- 10GBASE-LR и 10GBASE-ER — эти стандарты поддерживают расстояния до 10 и 40 километров соответственно.
- 10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW — Эти стандарты используют физический интерфейс, совместимый по скорости и формату данных с интерфейсом OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Они подобны стандартам 10GBASE-SR, 10GBASE-LR и 10GBASE-ER соответственно, так как используют те же самые типы кабелей и расстояния передачи.
- 10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 — принят в июне 2006 года после 4 лет разработки. Использует экранированную витую пару. Расстояния — до 100 метров.
Стандарт 10 Гигабит Ethernet ещё слишком молод, поэтому потребуется время, чтобы понять, какие из вышеперечисленных стандартов передающих сред будут реально востребованы на рынке.
Сети AppleTalk и ArcNet
- AppleTalk имеет скромную производительность, однако она встроена в аппаратные средства компьютеров Macintosh.
- ArcNet схожа с Token Ring, однако передача маркера идет иначе. Все компьютеры имеют порядковые номера, независимо от их физического расположения. Маркер движется от компьютера с №1 к №2 и т.д. Топологии различные. Кабель витая пара, используются концентраторы.