2.2 Сетевые устройства локальных сетей в топологии

Сегмент сети – логически или физически обособленная часть сети (подсеть).

Повторитель – предназначен для увеличения расстояния сетевого соединения путём повторения электрического сигнала «один в один». Бывают одно и много портовые повторители.

Первоначально в Ethernet использовался коаксиальный кабель с топологией «шина», и можно было соединять между собой всего несколько сегментов. Для этого обычно использовались повторители (англ. repeater), имевшие два порта. Несколько позже появились многопортовые устройства, называемые концентраторами (англ. concentrator). Их физический смысл точно такой же, но восстановленный сигнал транслируется на все активные порты, кроме того, с которого пришёл сигнал.

Мост, сетевой мост, бридж (жарг., калька с англ. bridge) — сетевое устройство, предназначенное для объединения сегментов (подсети) компьютерной сети разных топологий и архитектур.

Мосты «изучают» характер расположения сегментов сети путем построения адресных таблиц, в которых содержатся адреса всех сетевых устройств и сегментов, необходимых для получения доступа к данному устройству.

Сетевой коммутатор или свитч (жарг. от англ. switch - переключатель) – устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента сети (рис 9). 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.

Традиционно разделяют две категории коммутаторов: неуправляемые и управляемые. Однако компания D-Link предлагает еще одну, промежуточную категорию – настраиваемые коммутаторы (smart switches). Эти коммутаторы предназначены для использования на уровне доступа сетей малых и средних предприятий (Small-to-Medium Business, SMB).

Рис. 9 Коммутатор DES-1210-28

Сетевой шлюз (англ. gateway) – аппаратный маршрутизатор или программное обеспечение для сопряжения компьютерных сетей, использующих разные протоколы (например, локальной и глобальной).

Сетевой шлюз конвертирует протоколы одного типа физической среды в протоколы другой физической среды (сети). Например, при соединении локального компьютера с сетью Интернет используется сетевой шлюз.

Маршрутизатор или роутер (от англ. router) - сетевое устройство, на основании информации о топологии сети и определённых правил принимающее решения о пересылке пакетов сетевого уровня между различными сегментами сети .

Роутер сам по себе принимает, проводит и отправляет пакеты только среди сетей, использующих одинаковые протоколы. Интернет маршрутизаторы являются одним из примеров аппаратных сетевых шлюзов (рис 10). Основная задача сетевого шлюза — конвертировать протокол между сетями.

Рис. 10 Беспроводной маршрутизатор 802.11g DIR-320

 Пример построения простой информационно вычислительной сети

Простые информационно вычислительные сети класса SOHO, как правило, имеют топологию типа «звезда». Центральным устройством такой сети является интернет-шлюз, совмещающий в себе функции нескольких устройств.

Рис. 11. Схема информационно вычислительной сети SOHO

В приведённой схеме (рис 11) центральным устройством является интернет-маршрутизатор DIR-320. Основное предназначение этого устройства – распределение услуги «доступ в Интернет» между пользователями информационно вычислительной сети класса SOHO.

 Подключив DIR-320 к выделенной линии или широкополосному модему, пользователи могут совместно использовать высокоскоростное соединение с Интернет, подключившись к встроенному в устройство коммутатору или посредством беспроводной технологии 802.11g. Функция «Guest Zone» предоставляет второй «канал» беспроводного соединения и второй домен маршрутизации, что отделяет гостевую зону от главной сети для наилучшей защиты и управления.

Интернет маршрутизатор D-Link DIR-320 содержит порт USB для подключения USB-принтера, что позволяет пользователям совместно использовать принтер. Кроме того, встроенный 4-х портовый Ethernet-коммутатор позволяет подключать компьютеры, оснащенные Ethernet-адаптерами, игровые консоли и другие устройства к сети

DIR-320 оснащен встроенным межсетевым экраном, что защищает пользовательскую сеть от вредоносных атак. Это минимизирует угрозы от действий

хакеров и предотвращает нежелательные вторжения в сеть. Дополнительные

 функции безопасности такие, как например, фильтр МАС- адресов, предотвращают неавторизованный доступ к сети. Функция «родительского контроля» по зволяет запретить пользователям просмотр нежелательного контента. Также беспроводной маршрутизатор 802.11g поддерживает стандарты шифрования WEP и WPА. Благодаря поддерживаемому функционалу маршрутизации и безопасности, беспроводной маршрутизатор D-Link DIR-320 позволяет создать беспроводную сеть для дома или офиса.

Кроме выше перечисленных возможностей, к USB порту DIR-320 возможно подключить EVDO/3G/WiMax модуль, тем самым получить резервный канал подключения к Интернет.

Сетевой дисковый массив DNS-323 с 2 отсеками для жестких дисков SATA предоставляет пользователям возможность совместного использования документов, файлов, и цифровых медиа файлов в домашней или офисной сети. Благодаря встроенному FTP-серверу возможен удаленный доступ к файлам через Интернет. DNS-323 обеспечивает защиту данных, предоставляя доступ к файлам по локальной сети или через Интернет только определенным пользователям или группам пользователей с правом чтения или чтения/записи каталогов.

ВОПРОСЫ :

1.Программное обеспечение, которое в качестве основных элементов включает распределенную операционную систему сети и комплект программ технического обслуживания всей сети и ее отдельных звеньев и подсистем, включая телекоммуникационную сеть;

1)*общесетевое ПО

2)специальное ПО.

3)базовое ПО.

2.Перечислите функции ПО сети:

*1)планирование, организация и осуществление коллективного доступа пользователей к общесетевым ресурсам – телекоммуникационным, вычислительным, информационным, программным.

*2)автоматизация процессов программирования задач обработки информации.

*3)динамическое распределение и перераспределение общесетевых ресурсов с целью повышения оперативности и надежности удовлетворения запросов пользователей.

3. компьютеры подключаются к одному коаксиальному кабелю по схеме «монтажного ИЛИ». Передаваемая информация, в этом случае, распро-страняется в обе стороны. О какой топологии ЛВС идёт речь?

1)    *Топология «общая шина»

2)    Топология «звезда».

4. Телекоммуникационная система – это......

1)система оборудования конечного пользователя сети, включающая персональный компьютер (терминал), вместе с периферийными средствами ввода-вывода и программным обеспечением, средства связи с коммуникационной подсетью компьютерной сети, выполняющие прикладные процессы.

*2)совокупность физической среды передачи информации, аппаратных и программных средств, обеспечивающих взаимодействие абонентской системы.

3) различные процедуры ввода, хранения, обработки и выдачи информации, выполняемые в интересах пользователей и описываемые прикладными программами.

5. компьютерную сеть, охватывающую большие территории и включающую в себя сети городов, стран, континентов.

 1)   *глобальная вычислительная сеть;

2)    сеть кампуса;

3)    городская вычислительная сеть.

6. Сетевой коммутатор или свитч- это ......

1)*устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента сети

2)сетевое устройство, предназначенное для объединения сегментов (подсети) компьютерной сети разных топологий и архитектур.

 3)сетевое устройство, на основании информации о топологии сети и определённых правил принимающее решения о пересылке пакетов сетевого уровня между различными сегментами сети .

7 Назовите устройство, основное предназначение которого распределение услуги «доступ в Интернет» между пользователями информационно вычислительной сети класса SOHO.

*1) DIR-320.;

2) DNS-323;

8. модель взаимодействия «клиент-сервер» позволяет поддерживать:

1)    централизованные вычисления;

2)    *распределённые вычисления;

9. При какой физической топологии каждое сетевое устройство (ПК) соединяется с коммутатором индивидуальной линией связи?

1)    «общая шина»;

2)    «кольцо»;

3)    *«звезда»;

4)      «ячеистая».

10.Стандарт IEEE 802.1Q описывает процедуру :

1) агрегирования каналов;

2) *тегирования трафика, о принадлежности к VLAN;

Основы передачи данных

Основные определения

Данные – сведения, представленные в определенной знаковой системе и на определенном материальном носителе для обеспечения возможностей хранения, передачи, приема и обработки.

 Информация – это данные, сопровождающиеся смысловой нагрузкой, помещенные в некоторый контекст; данные, как-либо оцениваемые приёмником информации (в частном случае, это может быть человек, малая группа). Как правило, получение информации связывают с уменьшением неопределенности существующего выбора; ответ на какой-либо заданный либо подразумеваемый вопрос. (При этом то, что для одних личностей (или с одной точки зрения) может быть данными, для других вполне может быть информацией).

Связь – техническая база, обеспечивающая передачу и прием данных между удаленными друг от друга людьми или устройствами. Аналогия между связью и данными такая же, как у транспорта и перевозимого груза. Средства связи не нужны, если нет данных, как не нужны транспортные средства при отсутствии груза.

Сообщение – форма представления данных, удобная для передачи на расстояние. Различают оптические (телеграмма, письмо, фотография, видео и т.п.) и звуковые (речь, музыка) сообщения. Документальные сообщения наносятся и хранятся на определенных носителях, чаще всего на бумаге. Сообщения, предназначенные для обработки на компьютерах (ЭВМ), чаще всего называют просто данными.

Информационный параметр сообщения – параметр, в изменении которого «заложена» информация. Для звуковых сообщений информационным параметром является мгновенное значение звукового давления, для неподвижных изображений - коэффициент отражения, для подвижных - яркость свечения участков экрана. По характеру изменения информационных параметров различают непрерывные и дискретные сообщения.

Сигнал – физический процесс, отображающий передаваемое сообщение. Отображение сообщения обеспечивается изменением какой-либо физической величины, характеризующей процесс. Эта величина является информационным параметром сигнала. Сигналы, как и сообщения, могут быть непрерывными и дискретными. Информационный параметр непрерывного сигнала с течением времени может принимать любые мгновенные значения в определенных пределах. Непрерывный сигнал часто называют аналоговым. Дискретный сигнал характеризуется конечным числом значений информационного параметра. Часто этот параметр принимает всего два значения. На рис 12 показаны виды аналогового и дискретного сигналов.

Рис.12. Виды сигналов: а - аналогового, б – дискретного

В дальнейшем будем рассматривать принципы и средства связи, основанные на использовании электрических сигналов в качестве переносчиков сообщений. Выбор данного типа сигналов для переноса сообщений на расстояние обусловлен их высокой скоростью распространения (около 300 000 км/с).

3.1 Методы доступа к среде передачи данных

Представим себе сеть, в которой всем устройствам позволено функционировать безо всяких правил получения доступа к среде передачи. Если бы все устройства передавали сигналы по мере готовности данных, эти передачи иногда совпадали бы во времени. В результате наложения сигналы исказились бы и произошла бы потеря передаваемых данных (рис 13). Такая ситуация называется коллизией (collision). Коллизии не позволяют организовать надежную и эффективную передачу информации между сетевыми объектами

Коллизии распространяются на физические сегменты сети, к которым подключаются сетевые устройства. Такие соединения образуют единое пространство(домен) коллизий (collision domain), в котором влияние коллизий распространяется на всех ее участников. Для уменьшения размеров пространств коллизий путем сегментации физической сети можно использовать мосты и другие сетевые устройства, обладающие функциями фильтрации трафика на канальном уровне. Сеть не может нормально работать до тех пор, пока все ее объекты не смогут контролировать коллизии, управлять ими, устранять или хотя бы ослаблять их влияние. Логические топологии используют специальные правила, управляющие разрешением на передачу сигналов данных другим сетевым объектам. Процесс управления называется доступом к среде передачи данных.

Рис. 13. Возникновение коллизии

Уменьшить число коллизий или интерференции (наложения) одновременных сигналов можно различными методами. Существуют стандартные методы доступа к среде передачи, описывающие правила, в соответствии с которыми осуществляется управление разрешением на передачу информации для сетевых устройств: состязание, передача маркера и опрос. В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD). Принято говорить, что кабель, к которому подключены все узлы, работает в режиме коллективного доступа (multiply-access, MA). Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом узла назначения. Затем кадр передается по кабелю. Все узлы, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и тот узел, который узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные и посылает по кабелю кадр-ответ. Адрес узла-источника также включен в исходный кадр, поэтому получатель знает, кому нужно послать ответ.

При описанном подходе возможна ситуация, когда два узла одновременно пытаются передать кадр данных по общему кабелю. Для уменьшения вероятности этой ситуации непосредственно перед отправкой кадра передающий узел слушает кабель (то есть принимает и анализирует возникающие на нем электрические сигналы), чтобы обнаружить, не передается ли уже по кабелю кадр данных от другой станции. Если опознается несущая (carrier-sense, CS), то узел откладывает передачу своего кадра до окончания чужой передачи, и только потом пытается вновь его передать. Но даже при таком алгоритме два узла одновременно могут решить, что по шине в данный момент времени нет передачи, и начать одновременно передавать свои кадры. Говорят, что при этом происходит коллизия, так как содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле, что приводит к искажению информации.

Чтобы корректно обработать коллизию, все узлы одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии (collision detection, CD). Для увеличения вероятности немедленного обнаружения коллизии всеми узлами сети, ситуация коллизии усиливается посылкой в сеть узлами, начавшими передачу своих кадров, специальной последовательности битов, называемой jam-последовательностью.

После обнаружения коллизии передающий узел обязан прекратить передачу и ожидать в течение короткого случайного интервала времени, а затем может снова сделать попытку передачи кадра. Каждый узел, который передавал кадр и столкнулся с коллизией, после некоторой задержки пытается повторно передать свой кадр. Узел делает максимально 16 попыток передачи этого кадра информации, после чего отказывается от его передачи. Величина задержки выбирается как равномерно распределенное случайное число из интервала, длина которого экспоненциально увеличивается с каждой попыткой. Такой алгоритм выбора величины задержки снижает вероятность коллизий и уменьшает интенсивность выдачи кадров в сеть при ее высокой загрузке.