Сети Ethernet и Token Ring. Понятие коллизии, технология передачи сообщений,преимущества и недостатки каждой технологии

Стек OSI - уровни, их реализация на примере передачи информации по сети между двумя хостами.

Сетевая модель OSI - абстрактная сетевая модель для коммуникаций и разработки сетевых протоколов. Представляет уровневый подход к компьютерной сети. Каждый уровень обслуживает свою часть процесса взаимодействия. В настоящее время основным используемым семейством протоколов является TCP/IP, разработка которого не была связана с моделью OSI. Модель состоит из 7-ми уровней, расположенных друг над другом. Уровни взаимодействуют друг с другом посредством интерфейсов, и могут взаимодействовать с параллельным уровнем другой системы с помощью протоколов. Прикладной уровень - Верхний уровень модели, обеспечивает взаимодействие пользовательских приложений с сетью. Представительский уровень - Этот уровень отвечает за преобразование протоколов и кодирование/декодирование данных. Сеансовый уровень - отвечает за поддержание сеанса связи, позволяя приложениям взаимодействовать между собой длительное время. Транспортный уровень - предназначен для доставки данных без ошибок, потерь и дублирования в той последовательности, как они были переданы. Сетевой уровень - предназначен для определения пути передачи данных. Канальный уровень - Этот уровень предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Физический уровень - Самый нижний уровень модели предназначен непосредственно для передачи потока данных. TCP (Transmission Control Protocol) обеспечивает надежную передачу данных между двумя хостами. Он позволяет клиенту и серверу приложения устанавливать между собой логическое соединение и затем использовать его для передачи больших массивов данных, как если бы между ними существовало прямое физическое соединение. Протокол позволяет осуществлять дробление потока данных, подтверждать получение пакетов данных, задавать таймауты, организовывать повторную передачу в случае потери данных и т.д.

Сети Ethernet и Token Ring. Понятие коллизии, технология передачи сообщений,преимущества и недостатки каждой технологии.

Коллизия - это наложение двух и более кадров (пакетов) от станций, пытающихся передать кадр (пакет) в один и тот же момент времени.

Ethernet - пакетная технология компьютерных сетей, преимущественно локальных. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. В первых версиях в качестве передающей среды использовался коаксиальный кабель, но дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель. Преимущества использования витой пары: возможность работы в дуплексном режиме, низкая стоимость витой пары и её надежность, большая помехозащищенность, отсутствие гальванической связи между узлами сети, Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить длину сегмента без повторителей. Существенным недостатком сети Ethernet является способ передачи данных. Так как сетевой пакет посылается сразу на все станции в сети, то при увеличении количества станций начинает расти количество коллизий, и пропускная способность сети резко снижается. Преимущество – большая скорость передачи данных.

Token ring — «маркерное кольцо», архитектура кольцевой сети с маркерным доступом в сеть. Тип сети, в которой все компьютеры схематически объединены в кольцо. По кольцу от компьютера к компьютеру передается специальный блок данных, называемый маркером. Когда какой-либо станции требуется передача данных, маркер ею модифицируется и больше не распознается другими станциями, как спецблок, пока не дойдёт до адресата. Адресат принимает данные и запускает новый маркер по кольцу. На случай потери маркера или хождения данных, адресат которых не находится, в сети присутствует машина со специальными полномочиями, умеющая удалять безадресные данные и запускать новый маркер. Данная технология предлагает вариант решения проблемы коллизий, которая возникает при работе локальной сети, что является её преимуществом.

2. Топология сетей – линейная, звезда, дерево, кольцо (в т.ч. многомерное), особенности работы, преимущества и недостатки каждой технологии.

Термин "топология сети" относится к пути, по которому данные перемещаются по сети. Существуют три основных вида топологий: "общая шина", "звезда" и "кольцо". Топология "общая шина" предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети, кабель используется совместно всеми станциями по очереди. Принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать и принимать данные. Надежность здесь выше, так как выход из строя отдельных компьютеров не нарушит работоспособности сети в целом. Поиск неисправностей в кабеле затруднен. Кроме того, так как используется только один кабель, в случае обрыва нарушается работа всей сети.

В случае соединения звездой каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству. При необходимости можно объединять вместе несколько сетей с топологией "звезда", при этом получаются разветвленные конфигурации сети. С точки зрения надежности эта топология не является наилучшим решением, так как выход из строя центрального узла приведет к остановке всей сети. Однако при использовании топологии "звезда" легче найти неисправность в кабельной сети.

В случае исспользования топологии "кольцо" данные передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Если компьютер получит данные, предназначенные для другого компьютера, он передает их дальше по кольцу. Если данные предназначены для получившего их компьютера, они дальше не передаются. В отличае от других топологий кольцо исспользует маркерный метод посылки данных: сетевой модуль генерирует маркерный сигнал со списком адресатов и передает его следующей системе, которая приняв сигнал, не анализирует его, а просто передает дальше (это так называемый нулевой цикл), только затем пакет данных, передаваемый отправителем адресату начинает следовать по пути, проложенному маркером до тех пор, пока не доберётся до получателя. Кольцевая топология обычно является самой стойкой к перегрузкам, она обеспечивает уверенную работу с самыми большими потоками переданной по сети информации, потому что в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды). Достоинства - простота установки и отсутствие дополнительного оборудования, а также возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий. Недостатки: выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети; сложность настройки и поиска неисправностей.

Двойное (многомерное) кольцо — это сеть построенная на двух и более оптических кольцах, соединяющих компьютеры с двумя (и более) сетевыми картами кольцевой топологией. Для повышения отказоустойчивости, сеть строится на волоконно-оптических кольцах образующих основной и резервный путь для передачи данных. Например: в двойном кольце первое кольцо используется для передачи данных, а второе не используется. При выходе из строя 1-го кольца оно объединяется со 2-м и сеть продолжает функционировать. Данные при этом по первому кольцу передаются в одном направлении, а по второму в обратном.

Локальная сеть может использовать одну из перечисленных топологий. Это зависит от количества объединяемых компьютеров, их взаимного расположения и других условий. Можно также объединить несколько локальных сетей, выполненных с использованием разных топологий, в единую локальную сеть (древовидная топология). Дерево с активными узлами – это экономичное с точки зрения использования волокна решение. Это решение хорошо вписывается в рамки стандарта Ethernet с иерархией по скоростям от центрального узла к абонентам 1000/100/10 Мбит/с. Однако в каждом узле дерева обязательно должно находиться активное устройство (применительно к IP-сетям, коммутатор или маршрутизатор).

Шинная (линейная) топология Топология типа «Звезда» Кольцевая топология

4. Сетевое оборудование – концентратор (hub), коммутатор (switch), маршрутизатор, повторители. Программная маршрутизация и назначение шлюза, порты.

Сетевой концентратор или Хаб - сетевое устройство, предназначенное для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент сети. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна. 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.

Сетевой коммутатор или свитч - 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 передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались. Маршрутизатор или роутер - сетевое устройство, на основании информации о топологии сети и определённых правил, принимающее решения о пересылке пакетов сетевого уровня (уровень 3 модели OSI) между различными сегментами сети. Работает на более высоком уровне, нежели коммутатор и сетевой мост.

Повторитель - сетевое оборудование предназначенное для увеличения расстояния сетевого соединения путём повторения электрического сигнала «один в один». Бывают однопортовые повторители и многопортовые. В терминах модели OSI работает на физическом уровне.

Программная маршрутизация выполняется либо специализированным ПО маршрутизаторов (в случае, когда аппаратные методы не могут быть использованы, например, в случае организации туннелей), либо программным обеспечением на компьютере. В общем случае, любой компьютер осуществляет маршрутизацию своих собственных исходящих пакетов. Для маршрутизации чужих IP-пакетов, а также построения таблиц маршрутизации используется различное ПО.

Сетевой шлюз — аппаратный маршрутизатор или программное обеспечение для сопряжения компьютерных сетей, использующих разные протоколы (например, локальной и глобальной). Интернет-шлюз — программный сетевой шлюз, распределяющий и контролирующий доступ в сеть Интернет среди клиентов локальной сети (пользователей).

Порты: SMTP – 25, POP3 – 110, FINGER – 79, DNS – 53, SSH – 22.

5. IP-адресация: версии протокола IP, структуры адресов, адреса в локальных подсетях класса А, В и С, взаимосвязь IP-адреса с маской подсети. Адрес 127.0.0.1 и его
назначение.

В современной сети Интернет используется IP четвёртой версии, также известный как IPv4. В протоколе IP этой версии каждому узлу сети ставится в соответствие IP-адрес длиной 4 октета (4 байта).

IPv6 — это новая версия протокола IP, призванная решить проблемы, с которыми столкнулась предыдущая версия (IPv4) при её использовании в Интернете, за счёт использования длины адреса 128 бит вместо 32. В настоящее время протокол IPv6 уже используется в нескольких сотнях сетей по всему миру.

Адреса внутренней сети не следует выбирать случайным образом. Специально для этих целей существуют зарезерезерированные адрес:

От 10.0.0.0 до 10.255.255.255, (класс A)

От 172.16.0.0 до 172.31.255.255, (класс B)

От 192.168.0.0 до 192.168.255.255, (класс C)

Класс А. Адреса класса А назначаются узлам очень большой сети. Старший бит в адресах этого класса всегда равен нулю. Следующие семь бит первого октета представляют идентификатор сети. Оставшиеся 24 бита (три октета) содержат идентификатор узла. Это позволяет иметь 126 сетей с числом узлов до 17 миллионов в каждой.

Класс В. Адреса класса В назначаются узлам в больших и средних по размеру сетях. В двух старших битах IP-адреса класса В записывается двоичное значение 10. Следующие 14 бит содержат идентификатор сети (два первых октета). Оставшиеся 16 бит (два октета) представляют идентификатор узла. Таким образом, возможно существование 16 384 сетей класса В, в каждой из которых около 65 000 узлов.

Класс С. Адреса класса С применяются в небольших сетях. Три старших бита IP-адреса этого класса содержат двоичное значение 1 10. Следующие 21 бит составляет идентификатор сети (первые три октета). Оставшиеся 8 бит (последний октет) отводится под идентификатор узла. Всего возможно около 2 000 000 сетей класса С, содержащих до 254 узлов.

Маской подсети или маской сети называется битовая маска, определяющая, какая часть IP-адреса узла сети относится к адресу сети, а какая — к адресу самого узла в этой сети. Сетевая маска используется для того, чтобы изменить интерпретацию локальных IP адресов.

Стандартная маска подсети - содержит единицы в разрядах поля сети и нули в остальных разрядах. Это означает, что стандартные сетевые маски для трех классов сетей выглядят так: маска для сети класса А: 255.0.0.0; маска для сети класса B: 255.255.0.0; маска для сети класса C: 255.255.255.0; Сетевая маска используется для того, чтобы изменить интерпретацию локальных IP адресов.

127.0.0.1 (localhost) — IP-адрес специального сетевого интерфейса в сетевом протоколе TCP/IP (IPv4). Обозначает то же самое сетевое устройство (компьютер), с которого осуществляется отправка сетевого пакета или установление соединения. Использование адреса 127.0.0.1 позволяет устанавливать соединение и передавать информацию для программ-серверов, работающим на том же компьютере, что и программа-клиент, независимо от конфигурации аппаратных сетевых средств компьютера.