Учебное пособие по информатике 2014. Основы информатики
 Скачать 4.61 Mb.
|
|
Ethernet-кабель. Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (thick), желтый кабель (yellow cable) или 10Base-T5 . Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности он является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet - около 3000 м. Ethernet-кабель благодаря своей магистральной топологии использует в конце лишь один нагрузочный резистор (терминатор). Для подключения компьютера к толстому кабелю используется дополнительное устройство, называемое трансивером. Трансивер подсоединен непосредственно к сетевому кабелю. От него к компьютеру идет специальный трансиверный кабель, максимальная длина которого 50 м. На обоих его концах находятся 15-контактные DIX-разъемы (Digital, Intel и Xerox). С помощью одного разъема осуществляется подключение к трансиверу, с помощью другого - к сетевой плате компьютера. Трансиверы освобождают от необходимости подводить кабель к каждому компьютеру. Расстояние от компьютера до сетевого кабеля 224 определяется длиной трансиверного кабеля. Создание сети при помощи трансивера очень удобно. Он может в любом месте в буквальном смысле «пропускать» кабель. Эта простая процедура занимает мало времени, а получаемое соединение оказывается очень надежным. Кабель не режется на куски, его можно прокладывать, не заботясь о точном месторасположении компьютеров, а затем устанавливать трансиверы в нужных местах. Крепятся трансиверы, как правило, на стенах, что предусмотрено их конструкцией. Cheapernet-кабель. Более дешевым, чем Ethernet-кабель, является соединение Cheapernet-кабель или, как его часто называют, тонкий (thin) Ethernet, или 10Base-T2. Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации 10 Мбит/с (рисунок 5.26). Тонкий Ethernetиспользует кабель типа RG-58A/V (диаметром 0,2 дюйма). Для маленькой сети используется кабель с сопротивлением 50 Ом. Коаксиальный кабель прокладывается от компьютера к компьютеру. У каждого компьютера оставляют небольшой запас кабеля на случай возможности его перемещения. Длина сегмента 185 м, количество компьютеров, подключенных к шине, - до 30. После присоединения всех отрезков кабеля с BNC-коннекторами (Bayonel-Neill-Concelnan) к Т-коннекторам (название обусловлено формой разъема, похожей на букву «Т») получится единый кабельный сегмент. На его обоих концах устанавливаются терминаторы. Терминатор конструктивно представляет собой BNC-коннектор (он также надевается на Т-коннектор) со впаянным сопротивлением. Значение этого сопротивления должно соответствовать значению волнового сопротивления кабеля, т.е. для Ethernet нужны терминаторы с сопротивлением 50 Ом. Рисунок 5.26 – Коаксиальный кабель Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может 225 составлять максимум 300 м (для ЛВС ограничение составляет 185 м), а общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеля – около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен на сетевой плате как для гальванической развязки между адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала. Разъемы. Электрический соединитель (иногда его называют "коннектор" от англ. connector) — электромеханическое устройство для осуществления соединения электрических проводников сетевых кабелей. Обычно состоит из вилки (штекера) и соответствующей ей розетки (гнезда). (а) (б) (в) (г) (д) (е) (ж) Рисунок 5.27 – Разъемы для витой пары и коаксиального кабеля а – коннектор для витой пары, б – коннектор для экранированной витой пары, в – телефонный коннектор, г – розеточный модуль для витой пары, д – Т-коннектор для коаксиального кабеля, е – BNC-коннектор для коаксиального кабеля, ж – терминатор для коаксиального кабеля Сетевая карта. Платы сетевого адаптера выступают в качестве физического интерфейса или соединения между компьютером и сетевым кабелем. Платы вставляются в специальные гнезда (слоты расширения) всех компьютеров и серверов. Чтобы обеспечить физическое соединение между компьютером и сетью, к соответствующему разъему, или порту, платы (после ее установки) подключают сетевой кабель. Назначение платы сетевого адаптера: подготовка данных, поступающих от компьютера, к передаче по сетевому кабелю; передача данных другому компьютеру; управление потоком данных между компьютером и кабельной системой; плата сетевого адаптера принимает данные из сетевого кабеля и переводит в форму, понятную центральному процессору компьютера. 226 (а) (б) Рисунок 5.28 – Плата сетевого адаптера а - для проводного подключения, б – для беспроводного подключения Плата сетевого адаптера состоит из аппаратной части и встроенных программ, записанных в ПЗУ (постоянном запоминающем устройстве). Эти программы реализуют функции подуровней управления логической связью и управление доступом к среде канального уровня модели OSI. В современных материнских платах сетевой адаптер встроенный. Каждый сетевой адаптер имеет уникальный МАС-адрес. MAC-адрес (англ. Media Access Control — управление доступом к среде) – это уникальный идентификатор, присваиваемый каждой единице активного оборудования компьютерных сетей (его имеет любое устройство, которое умеет работать в сети). В широковещательных сетях (таких, как сети на основе Ethernet) MAC-адрес позволяет уникально идентифицировать каждый узел сети и доставлять данные только этому узлу. Таким образом, MAC- адреса формируют основу сетей на канальном уровне, Существует распространенное мнение, что MAC-адрес жестко "вшит" в сетевой адаптер и сменить его нельзя или можно только с помощью программатора. На самом деле это не так. MAC-адрес легко меняется программным путем, так как значение, указанное через драйвер, имеет более высокий приоритет, чем присвоенное адаптеру производителем. Однако всё же существует оборудование, в котором смену MAC-адреса произвести невозможно иначе, как воспользовавшись программатором. Обычно это телекоммуникационное оборудование, например, приставки для IP-TV. Разветвитель (концентратор, хаб, НАВ). Он служит классическим центральным узлом в сетях с топологией «звезда». В настоящее время хабы полностью вытеснены коммутаторами. Сетевой коммутатор (свитч от switch – переключатель) – устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети (обычно для топологии "звезда") в пределах одного или нескольких сегментов сети. 227 Рисунок 5.29 – Сетевые коммутаторы В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным (что является абсолютно небезопасным с точки зрения защиты информации) , коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик (на MAC-адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF) всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались. Коммутатор – центральное устройство в сети на витой паре, от которого зависит ее работоспособность. Располагать его надо в легкодоступном месте, чтобы можно было легко подключать кабель и следить за индикацией портов. Коммутаторы выпускаются на разное количество портов – 5, 8, 12, 16, 24 и 48, соответственно к нему можно подключить такое же количество компьютеров. Коммутаторы можно соединять друг с другом в каскадную схему, увеличивая количество подключаемых к сети компьютеров. Репитер. При передаче по сетевому кабелю электрический сигнал постепенно ослабевает (затухает) и искажается до такой степени, что компьютер перестает его воспринимать. При необходимости охватить локальной сетью площадь большую, чем это позволяют рассматриваемые кабельные системы, применяется дополнительные устройства - репитеры, повторители (от англ. Repeat – повторять). Репитер имеет 2-портовое исполнение, т.е. он может объединить 2 сегмента no 185 м. Сегмент подключается к репитеру через Т-коннектор. К одному концу Т-коннектора подключается сегмент, а на другом ставится терминатор. В сети может быть не больше четырех репитеров. Это позволяет получить сеть максимальной протяженностью 925 м. Репитеры очень полезны, но злоупотреблять ими не стоит, так как они приводят к замедлению работы в сети. 228 Типы построения сетей по методам передачи информации Локальная сеть Token Ring Этот стандарт разработан фирмой IBM. В качестве передающей среды применяется неэкранированная или экранированная витая пара (UTP или STP), или оптоволокно. Скорость передачи данных 4 Мбит/с или 16 Мбит/с. В настоящее время считается существенно устаревшей технологией. В качестве метода управления доступом станций к передающей среде используется метод «маркерное кольцо» (Token Ring). Основные положения этого метода: устройства подключаются к сети по топологии кольцо; все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер); в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом. В IBM Token Ring используются три основных типа пакетов: пакет управление/данные (Data/Command Frame) – с помощью такого пакета выполняется передача данных или команд управления работой сети; маркер (Token) – станция может начать передачу данных только после получения такого пакета. В одном кольце может быть только один маркер и, соответственно, только одна станция с правом передачи данных; пакет сброса (Abort) – Посылка такого пакета называет прекращение любых передач. Локальная сеть Ethernet Ethernet – изначально коллизионная технология, основанная на общей шине, к которой компьютеры подключаются и «борются» между собой за право передачи пакета. Основной протокол - CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – множественный доступ с чувствительностью несущей и обнаружением коллизий). Дело в том, что если две станции одновременно начнут передачу, то возникает ситуация коллизии, и сеть некоторое время «ждет», пока «улягутся» переходные процессы и опять наступит «тишина». Существует еще один метод доступа - CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) - то же, но с исключением коллизий. Этот метод применяется в беспроводной технологии Radio Ethernet или Apple Local Talk – перед отправкой любого пакета в сети пробегает анонс о том, что сейчас будет происходить передача, и станции уже не пытаются ее инициировать. Ethernet бывает полудуплексный (Half Duplex) по всем средам передачи; источник и приемник «говорит по очереди» (классическая коллизионная технология) и полнодуплексный (Full Duplex), когда две пары приемника и передатчика на устройствах говорят одновременно. Этот механизм работает только на витой паре (одна пара на передачу, одна пара на 229 прием) и на оптоволокне (одна пара на передачу, одна пара на прием). Ethernet различается по скоростям и методам кодирования для различной физической среды, а также по типу пакетов (Ethernet II, 802.3, RAW, 802.2 (LLC), SNAP). Ethernet различается по скоростям: 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1000 Мбит/с (1 Гбит/с), 10Гбит/с и т.д. Для любой сети Ethernet могут быть использованы витая пара, одномодовое (SMF) или многомодовое (MMF) оптоволокно. В зависимости от этого существуют различные спецификации: 10 Мбит/с Ethernet: 10Base-T, 10Base-FL (10Base-2 и 10Base-5 существуют для коаксиального кабеля и уже не применяются); 100 Мбит/с Ethernet: 100Base-TX, 100Base-FX, 100Base-T4, 100Base-T2; Gigabit Ethernet: 1000Base-LX, 1000Base-SX (по оптике) и 1000Base-TX (для витой пары). Технология Fast Ethernet IEEE 802.3U. Технология Fast Ethernet была стандартизирована комитетом IEEE 802.3. Стандарт получил название IEEE 802.3U. В сети Fast Ethernet организуются несколько доменов конфликтов (коллизий), но с обязательным учетом класса повторителя, используемого в доменах. Репитеры Fast Ethernet (IEEE 802.3U) бывают двух классов и различаются по задержке в микросекундах. Соответственно в сегменте (логическом) может быть до двух репитеров класса 2 и один репитер класса 1. Для Ethernet (IEEE 802.3) сеть подчиняется правилу 5-4-3-2-1. Правило 5-4-3-2-1 гласит: между любыми двумя рабочими станциями не должно быть более 5 физических сегментов, 4 репитеров (концентраторов), 3 «населенных» физических сегментов, 2 «населенных» межрепитерных связей (IRL), и все это должно представлять собой один коллизионный домен. Физически из концентратора выходит много проводов, но логически это все один сегмент Ethernet и один коллизионный домен, в связи с ним любой сбой одной станции отражается на работе других. Поскольку все станции вынуждены «слушать» чужие пакеты, коллизия происходит в пределах всего концентратора (на самом деле на другие порты посылается сигнал "Jam" (коллизия), но это не меняет сути дела). Сеть из 20 компьютеров, собранная на репитерах 100 Мбит/с, может работать медленнее, чем сеть из 20 компьютеров, включенных в коммутатор 10 Мбит/с. Если раньше считалось «нормальным» присутствие в сегменте до 30 компьютеров, то в нынешних сетях даже три рабочие станции могут загрузить весь сегмент. Технология Gigabit Ethernet. Следующий шаг в развитии технологии Ethernet - стандарт IEEE-802.32. Данный стандарт предусматривает скорость обмена информацией между станциями локальной сети 1Гбит/с. Устройства Gigabit Ethernet объединяют сегменты сетей с Fast Ethernet со скоростями 100 Мбит/с. Используются сетевые карты со скоростью 1 Гбит/с, а также серия 230 сетевых устройств, таких как коммутаторы и маршрутизаторы. В сети с Gigabit Ethernet используется управление трафиком, контроль перегрузок и обеспечение качества обслуживания (Quality Of Service- QOS). 10-гигабитный Ethernet (Ethernet 10G, 10 Гбит/с) Новый стандарт 10-гигабитного 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-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 15 метров), используется медный кабель CX4 и коннекторы InfiniBand. 10GBASE-SR — технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 26 или 82 метров, в зависимости от типа кабеля), используется многомодовое волокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров с использованием нового многомодового волокна (2000 МГц/км). 10GBASE-LX4 — использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому волокну. Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании одномодового волокна. 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 витую пару категории 6 (максимальное расстояние 55 метров) и 6а (максимальное расстояние 100 метров). 10GBASE-KR — технология 10-гигабитного Ethernet для кросс-плат (backplane/midplane) модульных коммутаторов/маршрутизаторов и серверов (Modular/Blade). Каковы перспективы развития Ethernet? Согласно оценкам экспертов, требования к полосе пропускания для вычислительных задач и приложений ядра сети растут с разными скоростями, что определяет необходимость двух соответствующих стандартов для следующих поколений Ethernet — 40 Gigabit Ethernet (или 40GbE) и 100 Gigabit Ethernet (или 100GbE). В настоящее время серверы, высокопроизводительные вычислительные кластеры, сетевые хранилища используют технологии 1GbE и 10GbE. Для существенного повышения скоростей придется решить немало проблем в области физики распространения сигналов. 231 5.5 IPv4-адресация Для обмена данными в Интернете узлу необходим IP-адрес. Это логический сетевой адрес конкретного узла. Для обмена данными с другими устройствами, подключенными к Интернету, необходим правильно настроенный, уникальный IP-адрес. IP-адрес присваивается сетевому интерфейсу узла. Обычно это сетевая плата, установленная в устройстве. Примерами пользовательских устройств с сетевыми интерфейсами могут служить рабочие станции, серверы, сетевые принтеры и IP-телефоны. Иногда в серверах устанавливают несколько сетевых плат, у каждой из которых есть свой IP-адрес. У интерфейсов маршрутизатора, обеспечивающего связь с сетью IP, также есть IP-адрес. В каждом отправленном по сети пакете есть IP-адрес источника и назначения. Эта информация необходима сетевым устройствам для передачи информации по назначению и передачи источнику ответа IP-адрес представляет собой серию из 32 двоичных бит (единиц и нулей). Человеку прочесть двоичный IP-адрес очень сложно. Поэтому 32 бита группируются по четыре 8-битных байта, в так называемые октеты. Читать, записывать и запоминать IP-адреса в таком формате людям сложно. Чтобы облегчить понимание, каждый октет IP-адреса представлен в виде своего десятичного значения. Октеты разделяются десятичной точкой или запятой. Это называется точечно-десятичной нотацией. Рисунок 5.30 – Схема IPv4-адресации При настройке IP-адрес узла вводится в виде десятичного числа с точками, например, 192.168.1.5. Представим, что нам пришлось бы вводить 32-битный двоичный эквивалент адреса - 232 11000000101010000000000100000101. Если ошибиться хотя бы в одном бите, получится другой адрес, и узел, возможно, не сможет работать в сети. Структура 32-битного IP-адреса определяется межсетевым протоколом 4-ой версии (IPv4). На данный момент это один из самых распространенных в Интернете типов IP-адресов. По 32-битной схеме адресации можно создать более 4 миллиардов IP-адресов Получая IP-адрес, узел просматривает все 32 бита по мере поступления на сетевой адаптер. Напротив, людям приходится преобразовывать эти 32 бита в десятичные эквиваленты, то есть в четыре октета. Каждый октет состоит из 8 бит, каждый бит имеет значение. У четырех групп из 8 бит есть один и тот же набор значений. Значение крайнего правого бита в октете – 1, значения остальных, слева направо – 2, 4, 8, 16, 32, 64 и 128. Чтобы определить значение октета, нужно сложить значения позиций, где присутствует двоичная единица. Это соответствует 11111111 2 = 2 8 = 256. Таким образом, значение каждого из четырех октетов находится в диапазоне от 0 до 255. Логический 32-битный IP-адрес представляет собой иерархическую систему и состоит из двух частей. Первая идентифицирует сеть, вторая - узел в сети. Обе части являются обязательными. Например, если IP-адрес узла – 192.168.18.57, то первые три октета (192.168.18) представляют собой сетевую часть адреса, а последний октет (.57) является идентификатором узла. Такая система называется иерархической адресацией, поскольку сетевая часть идентифицирует сеть, в которой находятся все уникальные адреса узлов. Маршрутизаторам нужно знать только путь к каждой сети, а не расположение отдельных узлов. Другой пример иерархической сети – это телефонная сеть. В телефонном номере код страны, региона и станции составляют адрес сети, а оставшиеся цифры - локальный номер телефона. Каждый IP-адрес состоит из двух частей. Как узлы определяют, где сетевая часть, а где адрес узла? Для этого используется |