Файл: Учебнометодический комплекс по учебной дисциплине компьютерные системы и сети для специальности 1 40 01 01 Программное обеспечение информационных технологий.pdf

52
Отметим, что канальный уровень находится между сетевым и физическим уровнями модели OSI, поэтому он должен предоставлять сервис вышележащему уровню, взаимодействуя с сетевым протоколом, и обеспечивая инкапсулированным в кадр пакетам доступ к сетевой среде. В то же время, канальный уровень управляет процессом размещения передаваемых данных в физической среде. Поэтому канальный уровень разделен на 2 подуровня (рис. 2.26): верхний подуровень управления логическим каналом передачи данных (Logical Link Control - LLC), являющийся общим для всех технологий, и нижний подуровень управления доступом к среде (Media Access
Control - MAC). Кроме того, средства канального уровня позволяют обнаруживать ошибки в передаваемых данных.
Взаимодействие узлов локальных сетей происходит на основе протоколов канального уровня. Передача данных в локальных сетях происходит на сравнительно короткие расстояния (внутри зданий или между близко расположенными зданиями), но с высокой скоростью (10 Мбит/с - 100 Гбит/с).
Расстояние и скорость передачи данных определяется аппаратурой соответствующих стандартов.
Рисунок 2.27. – Подуровки канального уровня
Международным институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers - IEEE) было разработано семейство стандартов 802.х, которое регламентирует функционирование канального и физического уровней семиуровневой модели
ISO/OSI. Ряд этих протоколов являются общими для всех технологий, например стандарт 802.2, другие протоколы (например, 802.3, 802.3u, 802.5) определяют особенности технологий локальных сетей.
Подуровень LLC реализуется программными средствами. На подуровне
LLC существует несколько процедур, которые позволяют устанавливать или
802.2
Подуровень логической передачи данных
Logical Link Control - LLC
10 Base-T
Подуровни
LLC
Подуровни
MAC
Ethernet (802.3)
Fast Ethernet (802.3u)
10 Base-FB
10 Base-FL
100Base-T4 100Base-TX
100Base-FX
Спецификации
Витая пара
Оптоволокно
Оптоволокно
Оптоволокно
Витая пара
Витая пара

53 не устанавливать связь перед передачей кадров, содержащих данные, восстанавливать или не восстанавливать кадры при их потере или обнаружении ошибок. Подуровень LLC реализует связь с протоколами сетевого уровня, обычно с протоколом IP. Связь с сетевым уровнем и определение логических процедур передачи кадров по сети реализует протокол 802.2. Протокол 802.1 дает общие определения локальных вычислительных сетей, связь с моделью ISO/OSI.
Подуровень МАС определяет особенности доступа к физической среде при использовании различных технологий локальных сетей. Каждой технологии МАС-уровня (каждому протоколу: 802.3, 802.3u, 802.3zи др.) соответствует несколько вариантов спецификаций (протоколов) физического уровня (рис. 2.27). Спецификация технологии МАС-уровня - определяет среду физического уровня и основные параметры передачи данных (скорость передачи, вид среды, узкополосная или широкополосная).
Рассмотрим базовые правила построения многосегментных ЛВС Fast
Ethernet
1. Повторители Fast Ethernet делятся на два класса:
• класс I – поддерживает все виды логического кодирования (4В/5В,
8В/6Т) и может иметь порты всех трех типов физического уровня: 100Base-
ТX, 100Base-Т4 и 100Base-FX;
• класс II – поддерживает только один вид логического кодирования
(4В/5В или 8В/6Т) и имеет либо все порты 100Base-Т4, либо порты 100Base-
ТX и 100Base-FX, так как последние используют один логический код 4В/5В.
2. Максимальное число повторителей (П) в одном домене коллизий:
• только 1 повторитель класса I из-за большой задержки распространения сигнала – 70 bt, обусловленной необходимостью транслировать различные системы сигнализации (рис.2.28,а);
• 2 повторителя класса II, вносящих меньшую задержку при передаче сигналов: 46 bt для портов 100Base-ТX и 100Base-FX и 33,5 bt для портов
100Base-Т4 (рис.2.28,б).
Рисунок 2.28. – Повторители в домене коллизий

54 3. Максимальное расстояние от повторителя до рабочей станции зависит от типа кабельной системы и составляет 100-160 м.
4. Максимальное расстояние между повторителями класса II – 5 м.
5. Несколько доменов коллизий могут объединяться с помощью коммутаторов и маршрутизаторов, образуя сети произвольных размеров
(рис.2.29)
Рисунок 2.29. – Сети произвольных размеров
Таким образом, чтобы сеть Ethernet, состоящая из сегментов, работала корректно, необходимо, чтобы выполнялись три основных условия.
1 Количество станций в сети не должно превышать 1024 (с учетом ограничений для коаксиальных сегментов).
2 Удвоенная задержка распространения сигнала (Path Delay Value,
PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не превышает 575 битовых интервалов.
3 Сокращение межкадрового расстояния (Interpacket Gap Shrinkage) при прохождении последовательности кадров через все повторители не более чем на 49 битовых интервалов (напомним, что при отправке кадров станция обеспечивает начальное межкадровое расстояние в 96 битовых интервалов).
Соблюдение этих требований обеспечивает корректность работы сети даже в случаях, когда нарушаются простые правила конфигурирования, определяющие максимальное количество повторителей и максимальную длину сегментов каждого типа.
Требование на минимальное межкадровое расстояние связано с тем, что при прохождении кадра через повторитель это расстояние уменьшается.
Каждый пакет, принимаемый повторителем, ресинхронизируется для исключения дрожания сигналов, накопленного при прохождении последовательности импульсов по кабелю и через интерфейсные схемы.
Процесс ресинхронизации обычно увеличивает длину преамбулы, что уменьшает межкадровый интервал.

55
При прохождении кадров через несколько повторителей межкадровый интервал может уменьшиться настолько, что сетевым адаптерам в последнем сегменте не хватит времени на обработку предыдущего кадра, в результате чего кадр будет просто потерян. Поэтому не допускается суммарное уменьшение межкадрового интервала более чем на 49 битовых интервалов.
Величину уменьшения межкадрового расстояния при переходе между соседними сегментами обычно называют в англоязычной литературе Segment
Variability Value, SVV, а суммарную величину уменьшения межкадрового интервала при прохождении всех повторителей - Path Variability Value, PVV.
Очевидно, что величина PVV равна сумме SVV всех сегментов, кроме последнего.
Для упрощения расчетов обычно используются справочные данные, содержащие значения задержек распространения сигналов в повторителях, приемопередатчиках и в различных физических средах.
В таблице 2.1 приведены данные, необходимые для расчета значения PDV для всех физических стандартов сетей Ethernet, взятые из справочника
Technical Reference Pocket Guide (Volume 4, Number 4) компании Bay Networks.
Таблица 2.1. - – Значения задержек распространения сигналов
Тип сегмента
База левого сегмента
База промежу- точного сегмента
База правого сегмента
Задержка среды на
1 м
Максимальная длина сегмента
10Base-5 11.8 46.5 169.5 0.0866 10Base-2 11.8 46.5 169.5 0.1026 10Base-T
15.3 42.0 165.0 0.113 10Base-FB
-
24.0
-
0.1 10Base-
FL
12.3 33.5 156.5 0.1
FOIRL
7.8 29.0 152.0 0.1
Одним из наиболее часто критикуемых ограничений Fast Ethernet является диаметр сети, который не должен превышать 205 метров. Такое ограничение затрудняет прямую замену некоторых сетей Ethernet на Fast
Ethernet. Поставщики других технологий, в частности Token Ring, 100 VG
AnyLAN и FDDI, подчеркивают, что их технологии могут поддерживать сети гораздо большего диаметра. Это действительно так и первоначально ограничивало применение Fast Ethernet сетями рабочих групп и подразделений. Тем не менее такое ограничение топологии может быть легко

56 преодолено путем использования переключателей и полнодуплексных волоконно-оптических связей.
Способом преодоления ограничений топологии является разбиение единой области коллизий на несколько при помощи переключателя. Диаметр сети Fast Ethernet, использующей медный кабель и повторитель Класса I, не может превысить 200 метров. Если мы добавим к этой сети единственный переключатель и установим повторители на различные порты, то максимальный диаметр полной переключаемой ЛВС возрастет до 400 метров.
Реальное преимущество сети с переключателями проявляется тогда, когда несколько переключателей соединяются полнодуплексным волоконно- оптическим кабелем, длина которого может достигать 2000 метров (в случае применения многомодового кабеля. При применении одномодового кабеля расстояния достигают десятков километров и зависят от типа используемого оборудования). Этот прием прекрасно подходит для опорной сети.
Таким образом при проектировании сети, особое внимание надо уделить и выбору соответствующего оборудования, учитывая множество факторов, в том числе:
• уровень стандартизации оборудования и его совместимость с наиболее распространенными программными средствами;
• скорость передачи информации и возможность ее дальнейшего увеличения;
• возможные топологии сети и их комбинации (шина, пассивная звезда, пассивное дерево);
• метод управления обменом в сети (CSMA/CD, полный дуплекс или маркерный метод);
• разрешенные типы кабеля сети, его максимальную длину, защищенность от помех;
• стоимость и технические характеристики конкретных аппаратных средств (сетевых адаптеров, трансиверов, репитеров, концентраторов, коммутаторов).

57
3.
Объединения сетей и глобальные сети
3.1. Принципы межсетевого взаимодействия
Межсетевое взаимодействие — это способ соединения компьютерной сети с другими сетями с помощью шлюзов, которые обеспечивают общепринятый порядок маршрутизации пакетов информации между сетями.
Полученная система взаимосвязанных сетей называется составной сетью, или просто интерсетью.
Наиболее ярким примером межсетевого взаимодействия является
Интернет, в полном смысле слова – СЕТЬ СЕТЕЙ, основанная на многих базовых технологиях оборудования, но объединённая стандартным набором протоколов межсетевого взаимодействия, известного как TCP/IP.
Самым простым примером составной сети являются две локальные сети, соединённые с помощью маршрутизатора. Использование коммутатора или концентратора для соединения локальных сетей не предполагает межсетевого взаимодействия, а лишь расширяет первоначальную сеть.
Межсетевое взаимодействие разрабатывалось как способ соединения совершенно различных типов сетевых технологий, но стало популярно благодаря растущей потребности в соединении двух или более локальных сетей через некую глобальную сеть. Оригинальный термин для межсетевого взаимодействия был - CATENET.
Межсетевое взаимодействие включает в себя соединение других типов компьютерных сетей, таких как персональные вычислительные сети. Сетевые элементы для соединения отдельных сетей в сети ARPANET (предшественник
Интернета), первоначально назывались шлюзами, но термин устарел в этом контексте из-за возможности путаницы между названиями функционально разных устройств.
Сегодня смежные шлюзы называются
маршрутизаторами.
Другой тип межсетевой связи сетей обычно используется в пределах предприятия на канальном уровне сетевой модели взаимодействия открытых систем - OSI, то есть на аппаратноориентированном уровне стека протоколов
TCP/IP. Такая взаимосвязь осуществляется с помощью сетевых мостов
(компьютерное сетевое устройство, которое создает единую совокупную сеть из нескольких сетей связи или сегментов сети.) и коммутаторов (устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети), а сам тип взаимодействия иногда неправильно называют межсетевым, но получившаяся система — это просто более крупная единая подсеть, и не требуется никакого межсетевого

58 протокола, как например IP для работы таких сетей.
Однако, любая компьютерная сеть может быть преобразована в интерсеть путём деления сети на сегменты и логического разделения трафика на сегменты маршрутизатором.
Протокол IP предназначен для обеспечения ненадёжного (не гарантированного) обслуживания пакетов по всей сети. Такая архитектура позволяет избежать промежуточных элементов сети для поддержания любого состояния сети. Напротив, эта функция возложена на конечные точки каждого сеанса связи.
Для надёжной передачи данных приложения должны использовать соответствующие протоколы транспортного уровня, например - протокол управления передачей (ТСР), который обеспечивает надёжный поток данных.
Некоторые приложения для задач, которые не требуют надёжной доставки данных или требуют доставки пакетов в режиме реального времени, таких как потоковое видео или голосовой чат, используют более простой транспортный протокол без установления соединения, протокол пользовательских
Дейтаграмм (UDP).
Для описания протоколов и методов, используемых в межсетевом взаимодействии, используются две архитектурные модели.
Сложную, структурированную ЛВС, интегрирующую различные базовые технологии, можно создать средствами не только сетевого уровня, но и канального. Для этого надо использовать некоторые типы мостов и коммутаторов. Мост или коммутатор разделяет сеть на сегменты, локализуя трафик внутри сегмента. При этом сеть разделяют на отдельные подсети, из которых могут быть построены составные сети достаточно крупных размеров.
Однако построение сложных сетей только на основе оборудования канального уровня (маршрутизаторов и коммутаторов, выполняющих функции повторителей, мостов и коммутаторов) имеет существенные ограничения и недостатки. В топологии такой сети должны отсутствовать петли, логические сегменты сети слабо изолированы друг от друга, достаточно сложно решается задача управления трафиком, система адресации одно­уровневая и недостаточно гибкая. Возможностью трансляции протоколов канального уров­ня обладают далеко не все типы мостов и коммутаторов, к тому же эти возможности огра­ничены. Естественное решение - это привлечение средств более высокого сетевого уровня.
Основная идея введения сетевого уровня при построении больших сетей состоит в следующем. Сеть рассматривают как совокупность нескольких и называют составной сетью или интерсетью (Internet).
Сети, входящие в составную сеть, называют подсетями, составляющими

59 сетями или просто сетями. Когда две или более сети организуют совмест­ную транспортную службу, то режим взаимодействия называют межсетевым взаимодействием (Internet working).
Подсети соединяются между собой маршрутизаторами, в качестве которых могут использоваться как собственно маршрутизаторы, так и коммутаторы. Компонентами составной сети могут быть как локальные, так и глобальные сети. Внутренняя структура каждой сети не имеет значения при рассмотрении сетевого протокола. Все узлы в пределах одной подсети взаимодействуют, используя единую для них технологию. Так, в составную сеть может входить несколько сетей разных технологий: локальные сети