Файл: Основы построения телекоммуникационных сетей и систем Тема Служба и сети передачи данных.pptx

Основы построения телекоммуникационных сетей и систем Тема 2. Служба и сети передачи данных

Семиуровневая модель OSI

ПрикладнойПредставительскийСеансовыйТранспортныйСетевойКанальныйФизическийУровни приложенийУровни потоков данных

Прикладной уровень

Представляет собой набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи получают доступ к разделяемым ресурсам (файлы, принтеры, web-страницы) и организуют свою совместную работу (e-mail). Примеры: http, ftp, smtp, bittorrent Единица данных – Сообщение (message)Application Layer

Уровень представления данных

Имеет дело с формой представления информации прикладного уровня, не меняя её содержимого (перекодировка, шифрование/дешифрование данных) Примеры: ASCII; SSL Единица данных – Сообщение (message)Presentation Layer

Сеансовый уровень

Обеспечивает управление взаимодействием:

фиксирует, какая сторона является активной;
предоставляет средства синхронизации, выставления контрольных точек;

Как правило, на практике интегрирован с прикладным уровнем (реализуется в протоколах прикладного уровня)
Единица данных – Сообщение (message)

Session Layer

Транспортный уровень

Обеспечивает приложениям (или верхним уровням стека – прикладному и сеансовому) передачу данных с требуемой степенью надёжности, где критерии надёжности:

срочность возможность восстановления прерванной связи возможность исправления ошибок передачи

Примеры протоколов: TCP, UDP, SPX
Единица данных – дейтаграмма/блок данных (datagram)

Transport Layer

Сетевой уровень

Служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, в т.ч. использующих различные протоколы нижних уровней, межсетевой адресации и маршрутизации пакетов данных. Примеры: IP, IPX Единица данных – пакет (packet)Network Layer

Канальный уровень

Функции канального уровня:

разделение среды передачи формирование и пересылка последовательностей бит (кадров) от отправителя к адресату (по LAN или WAN);
контроль ошибок передачи (опционально)

Примеры: Ethernet, Token ring; PPP, HDLC
Единица данных – кадр (frame)

---

Data Link Layer

Физический уровень

Служит для передачи бит данных по физическим каналам связи (кабели, радиоволны и т.д.) Определяет:

характеристики сред передачи (пропускная способность, полоса пропускания, активное/волновое сопротивление и т.д.)
характеристики электрических сигналов (крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения и тока, тип кодирования, скорость передачи)
разъемы контактов кабелей

Примеры: 10Base-T, 1000Base-FX
Единица данных – бит (bit)

Physical Layer

Сете(не)зависимые уровни

ПрикладнойПредставительскийСеансовыйТранспортныйСетевойКанальныйФизическийПриложениепользователяКомпьютер АСетевое устройствоСетевойКанальныйФизическийПрикладнойПредставительскийСеансовыйТранспортныйСетевойКанальныйФизическийПриложениепользователяКомпьютер B

Классификация сетей

Классификация сетей по территориальному признаку

LAN (Local Area Network) – Локальные сети (ЛВС)MAN (Metropolitan Area Network) – Городские сетиWAN (Wide Area Network) – Глобальные сети

Локальные сети (LAN)

Радиус:1-2 км Скорости: до 10 Гбит/с Примеры технологий LAN:

Ethernet (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet,10G Ethernet)
Token Ring, FDDI

Глобальные сети (WAN)

Радиус: тысячи километров Скорости: до 40 Гбит/с Примеры технологий WAN:

X.25
Frame relay
ATM

Примеры сетей:

Internet
FidoNet

Городские сети (MAN)

Конвергенция (взаимопроникновение) сетевых технологий LAN и WAN Радиус: десятки километров Скорости: до 40 Гбит/с Назначение: объединение LAN для подключения к WAN Примеры: сети крупных провайдеров

Вычислительные сети

Вычислительная сеть (network):

оборудование среды передачи данных сообщения правила обмена сообщениями

СетьсообщениесредаоборудованиеправилаIPTCP

Сетевая топология

Сетевая топология – описание конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств.

физическая логическая информационная управления обменом

Базовые топологии - ШИНА

Топология типа шина, представляет собой общий кабель, к которому подсоединены все рабочие станции.

---

Достоинства

Скорость развертывания;
Невысокая стоимость;
Простота настройки;
Выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети;

Недостатки

Обрыв кабеля – отказ всей сети;
Сложная локализация неисправностей;
Плохая масштабируемость.

Базовые топологии - КОЛЬЦО

Кольцо – базовая топология компьютерной сети, в которой рабочие станции подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутую сеть. Достоинства

Простота развертывания;
Сохранение производительности при высоких нагрузках;

Недостатки

Отказ любой станции/обрыв кабеля – отказ всего кольца;
Сложность управления/диагностики.

Базовые топологии - ЗВЕЗДА

Звезда – базовая топология сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно сетевой коммутатор). Достоинства

Масштабируемость;
Простота управления/диагностики;
Высокая производительность;
Выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети;

Недостатки

Отказ центрального узла – отказ всей сети;
Повышенная стоимость;

Протокол и интерфейс (1)

Протокол – формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах.Интерфейс – формализованные правила, определяющие взаимодействие сетевых компонентов соседних уровней одного узла. Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему.Стек протоколов – иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети.

Протокол и интерфейс (2)

3А2А1А3В2В1ВПротокол 3А-3ВПротокол 2А-2ВПротокол 1А-1ВИнтерфейс 2В-3ВИнтерфейс1В-2В

Семейство стандартов IEEE 802

802: Overview & Architecture 802.1: Bridging & Management 802.2: Logical Link Control 802.3: CSMA/CD (Ethernet) Access Method 802.5: Token Ring Access Method 802.11: Wireless 802.15: Wireless Personal Area Networks 802.16: Broadband Wireless Metropolitan Area Networks 802.17: Resilent Packet Rings 802.20: Overview and Architecture 802.21: Media Independent Handover Serviceshttp://standards.ieee.org/getieee802/

ЛВС Ethernet

Самая распространённая технология ЛВС Метод доступа к среде – CSMA/CD Скорости передачи данных

Ethernet – 10 Мбит/с
Fast Ethernet – 100 Мбит/с
Gigabit Ethernet – 1 Гбит/с
10G Ethernet – 10 Гбит/с
40G Ethernet, 100G Ethernet – 40 Гбит/с и 100 Гбит/с

Применяемые физические среды передачи:

коаксиальный кабель витая пара одно- и многомодовые оптические кабели

---

802.3

Подуровни MAC и LLC (IEEE 802)

регулирует доступ к среде передачи дополняет модуль данных (PDU) LLC информацией об адресах и контрольной суммой – формирует кадр MAC выявляет ошибки и отклоняет ошибочные кадры отвечает за сопряжение с вышестоящими протоколами стека (мультиплексирование и демультиплексирование) управляет потоком данных обрабатывает ошибки передачиMedia Access Control (MAC)Logical Link Control (LLC)

MAC-кадр Ethernet

Преамбула (ограничитель) – синхронизация

10101010 … 10101010 10101011

DA, SA (Destination Address, Source Address) – MAC адреса получателя/отправителяEtherType (тип кадра) – тип протокола верхнего (сетевого) уровня (аналог DSAP/SSAP)Data – данные верхнего уровняFCS (Frame check sequence) – контрольная сумма по CRC32DataDASAпеременная длина66EtherType284ПреамбулаFCS64-1518Байт

CSMA/CD – обзор

CSMA/CD (Carrier sense multiple access with collision detection) – метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий

Особенности:

Множественный доступ

Все узлы имеют постоянный доступ к несущей (и передаваемым по сети данным) – «логическая шина»
Захват среды передачи происходит по требованию любого узла в любой момент времени – «случайный доступ»

Контроль несущей

Перед отправкой кадра узел проверяет, свободна ли среда

Обнаружение коллизий

Одновременная отправка кадра несколькими узлами - коллизия. Требуется обнаружение и обработка

CSMA/CD – получение кадра

Получение кадраПриём первых байт кадра, включая адрес назначенияКадр полученCRC okсовпадениеКадр отброшеннесовпадениесравнение адресовПриём остальных байт кадраПодсчёт контрольной суммыПередача кадра вверх по стекуданет

CSMA/CD – передача кадра

Отправка кадраN:=0контроль несущеймежкадровый интервалпередача кадраОтправка завершенаколлизияожидание (завис. от метода захвата)занятосвободнонетдапередача 32бит jamN++N=15ОтменаотправкидаN>=10k:=Nk:=10N<15N>10N<10L=random integer [0,2k]ожидание L* 512 bt

---

CSMA/CD – коллизия

Коллизия – искажение передаваемых по сети кадров, происходящее в результате наложения кадров от двух и более станций, пытающихся вести одновременную передачу.Механизм возникновения:

Два узла начинают передачу одновременно;
Один узел начинает передачу раньше другого, но его сигналы не успевают достигнуть второго узла до того, как и он также начинает передачу.

CSMA/CD – этапы устранения коллизии

Обнаружение коллизии

коллизию всегда обнаруживает станция, вызвавшая её (по разнице передаваемого и принимаемого сигналов)
станция, обнаружившая коллизию, мгновенно приостанавливает передачу

Jam-последовательность (32 бит)

специальный набор символов, усиливающий коллизию (т.к. короче минимального кадра) – повышение вероятности скорейшего обнаружения коллизии всеми станциями передается станцией, первой обнаружившей коллизию (т.е. вызвавшей её)

Случайная пауза

выдерживается всеми станциями сети после получения jam

Повторная попытка передачи

захват канала, IFG и т.д.

CSMA/CD – интервалы ожидания

Битовый интервал (bt) – время между появлением двух последовательных бит данных на кабеле (обратно битовой скорости: 0,1 мкс для 10 Мбит/с);

Межкадровый интервал (технологическая пауза, inter-frame gap – IFG): IFG = 96 bt

приведение сетевых адаптеров в исходное состояние предотвращение монопольного захвата канала одной станцией

Случайная пауза: P = L × 512 bt

Для предотвращения повторных коллизий
L – случайное целое число из диапазона [0; 2N], где N – номер попытки (N≤10);

После 10 попыток N не увеличивается, т.о. случайная пауза (для 10 Мбит/с) принимает значения от 0 до 52,4 мс;
После 16 последовательных неудачных попыток передачи кадр отбрасывается.

Домен коллизий

Домен коллизий (collision domain) – это область сети Ethernet, все узлы которой распознают коллизию независимо от того, в какой части этой области коллизия возникла Возникшая коллизия не распространяется за рамки соответствующего домена коллизий Чем больше количество доменов коллизий, тем менее заметны последствия каждой коллизии Для разбиения сети на домены коллизий применяют коммутаторы

Физический уровень Ethernet

Спецификация	Физическая среда	Длина сегмента
10 Base-5	«толстый» коаксиал RG-8	500
10 Base-2	«тонкий» коаксиал RG-58	185
10 Base-T	UTP Cat 3(5)	100
10 Base-F	MMF	2000

---