Для роботи локальної мережі потрібне обладнання. Яке обладнання потрібне для створення локальної мережі. Устаткування для створення локальної мережі

Фрагмент обчислювальної мережі (рис. 1) включає основні типи комунікаційного обладнання, що застосовується сьогодні для освіти локальних мережта з'єднання їх через глобальні зв'язки один з одним. Для побудови локальних зв'язків між комп'ютерами використовуються різні види кабельних систем, мережеві адаптери, концентратори-повторювачі, мости, комутатори та маршрутизатори. Для підключення локальних мереж до глобальних зв'язків використовуються спеціальні виходи (WAN порти) мостів і маршрутизаторів, а також апаратура передачі даних по довгих лініях – модеми (при роботі за аналоговими лініями) або пристрої підключення до цифрових каналів (TA – термінальні адаптери мереж ISDN, пристрої обслуговування цифрових виділених каналів типу CSU/DSU тощо).

Рис. 1. Фрагмент мережі

Роль кабельної системи

Для побудови локальних зв'язків у обчислювальних мережахв даний час використовуються різні види кабелів - коаксіальний кабель, кабель на основі екранованої та неекранованої крученої пари та оптоволоконний кабель. Найбільш популярним видом середовища передачі даних невеликі відстані(До 100 м) стає неекранована кручена пара, яка включена практично у всі сучасні стандарти та технології локальних мереж та забезпечує пропускну здатність до 100 Мб/с (на кабелях категорії 5). Оптоволоконний кабельшироко застосовується як побудови локальних зв'язків, так освіти магістралей глобальних мереж. Оптоволоконний кабель може забезпечити дуже високу пропускну здатність каналу (до кількох Гб/с) та передачу на значні відстані (до кількох десятків кілометрів без проміжного посилення сигналу).

Як середовище передачі в обчислювальних мережах використовуються також електромагнітні хвилі різних частот – КВ, УКХ, СВЧ. Однак поки що в локальних мережах радіозв'язок використовується тільки в тих випадках, коли виявляється неможливою прокладка кабелю, наприклад, у будинках, що є пам'ятками архітектури. Це, насамперед, недостатньою надійністю мережевих технологій, побудованих використання електромагнітного випромінювання. Для побудови глобальних каналів цей вид середовища передачі даних використовується ширше – на ньому побудовані супутникові канали зв'язку та наземні радіорелейні канали, що працюють у зонах прямої видимості у НВЧ-діапазонах.

Згідно з зарубіжними дослідженнями (журнал LAN Technologies), 70% часу простоїв обумовлено проблемами, що виникли внаслідок низької якості кабельних систем, що застосовуються. Тому так важливо правильно збудувати фундамент мережі – кабельну систему. Останнім часом як така надійна основа все частіше використовується структурована кабельна система.

Структурована кабельна система(Structured Cabling System, SCS) – це набір комутаційних елементів (кабелів, роз'ємів, конекторів, кросових панелей та шаф), а також методика їх спільного використанняяка дозволяє створювати регулярні, легко розширювані структури зв'язків у обчислювальних мережах.

Переваги структурованої кабельної системи:

• Універсальність.Структурована кабельна система при продуманій організації може стати єдиним середовищем передачі комп'ютерних даних у локальної обчислювальної мережі, організації локальної телефонної мережі, передачі відеоінформації і навіть передачі сигналів від датчиків пожежної безпеки чи охоронних систем. Це дозволяє автоматизувати багато процесів з контролю, моніторингу та управління господарськими службами та системами життєзабезпечення.
• Збільшення терміну служби.Термін старіння добре структурованої кабельної системи може становити 8-10 років.
• Зменшення вартості додавання нових користувачів та зміни їх місць розміщення.Вартість кабельної системи переважно визначається не вартістю кабелю, а вартістю робіт з його прокладання. Тому вигідніше провести одноразову роботу з прокладання кабелю, можливо з більшим запасом по довжині, ніж кілька разів виконувати прокладку, нарощуючи довжину кабелю. Це допомагає швидко і дешево змінювати структуру кабельної системи під час переміщення персоналу або зміни додатків.
• Можливість легкого розширення мережі.Структурована кабельна система є модульною, тому її легко нарощувати, дозволяючи легко і ціною малих витрат переходити на більш досконале обладнання, що відповідає вимогам до систем комунікацій.
• Забезпечення ефективнішого обслуговування.Структурована кабельна система полегшує обслуговування та пошук несправностей у порівнянні з шинною кабельною системою.
• Надійність.Структурована кабельна система має підвищену надійність, оскільки зазвичай виробництво всіх її компонентів і технічний супровід здійснюється однією фірмою-виробником.

Топологія мережі

Топологія, тобто. З'єднання елементів у ЛОМ, привертає до себе увагу більшою мірою, ніж інші характеристики мережі. Це пов'язано з тим, що саме топологія багато в чому визначає багато важливих властивостей мережі, наприклад, такі, як надійність (живучість), продуктивність та ін.

Існують різні підходи до класифікації топологій ЛОМ. Відповідно до одному з них зміни локальних мереж ділять на два основні класи: широкомовні та послідовні. У широкомовних конфігураціях кожен ПК (приймач) фізичних сигналів) передає сигнали, які можна сприйняті іншими ПК. До таких змін відносяться загальна шина, дерево, зірка з пасивним центром. У послідовних конфігураціях кожен фізичний рівень передає інформацію тільки одному ПК. Звідси ясно, що широкомовні зміни – це, зазвичай, ЛОМ з селекцією інформації, а послідовні – ЛОМ з маршрутизацією інформації.

У широкомовних конфігураціях повинні застосовуватися порівняно потужні приймачі та передавачі, які можуть працювати із сигалами у великому діапазоні рівнів. Ця проблема частково вирішується введенням обмежень на довжину кабельного сегмента і число підключень або використанням цифрових повторювачів (аналогових підсилювачів).

Мережева топологія – це геометрична форма мережі. Залежно від топології з'єднань вузлів розрізняють мережі шинної (магістральної), кільцевої, зоряної, ієрархічної, довільної структури (рисунок 3).

Малюнок 3 – Мережеві топології

Конфігурація типу дерево є найрозвиненіший варіант зміни типу шина. Дерево утворюється шляхом з'єднання кількох шин активними повторювачами або пасивними розмножувачами (хабами). Воно має необхідну гнучкість для того, щоб охопити засобами ЛОМ кілька поверхів у будівлі або кілька будівель на одній території. За наявності активних повторювачів відмова одного сегмента не призводить до виходу з експлуатації інших. У разі відмови повторювача дерево розгалужується на два піддерева або на дві шини.

Широкосмугові ЛВС зі зміною типу дерево часто мають так званий корінь – позицію, що управляє, в якій розміщуються найважливіші компоненти мережі. До надійності цього обладнання висуваються високі вимоги, оскільки від нього залежить робота всієї мережі. З цієї причини обладнання часто дублюється.

Інший поширений спосіб з'єднання абонентських систем у ЛОМ при їх невеликій кількості – ієрархічне з'єднання. У ньому проміжні вузли працюють за принципом «накопи та передай». основні переваги даного методуполягають у можливості оптимального з'єднання ЕОМ, що входять до мережі. Недоліки пов'язані переважно зі складністю логічної та програмної структури ЛОМ. Крім того, у таких ЛОМ знижується швидкість передачі інформації між абонентами різних ієрархічних рівнів.

Найбільш поширені послідовні конфігурації – «кільце», «ланцюжок», «зірка з інтелектуальним центром», «сніжинка». У конфігураціях «кільце» та «ланцюжок» для правильного функціонування ЛОМ необхідна постійна робота всіх блоків РМА. Щоб зменшити цю залежність, кожен з блоків включається реле, що блокує блок при несправностях. Для спрощення розробки РМА та ПК сигнали зазвичай передаються по кільцю лише в одному напрямку. Кожна станція ЛОМ має пам'ять обсягом від декількох бітів до цілого пакета. Наявність пам'яті уповільнює передачу даних у кільці та зумовлює затримку, тривалість якої залежить кількості станцій. повертаючись знову до станції – відправнику, відправник під час обробки пакета може встановити певний індикатор підтвердження. Цей індикатор може служити для керування потоком та (або) квитування, і повинен якнайшвидше повернутися до джерела. Управління потоком передбачає видалення пакетів із кільця станцією – одержувачем або після завершення повного кола – станцією – відправником. Оскільки будь-яка станція може вийти з ладу і пакет може не потрапити за призначенням, зазвичай буває необхідний спеціальний «збирач сміття», який упізнає і знищує такі пакети, що «заблукалися».

Мережеві адаптери

Мережевий адаптер(Network Interface Card, NIC) – це периферійний пристрій комп'ютера, що безпосередньо взаємодіє із середовищем передачі даних, яке прямо або через інше комунікаційне обладнання пов'язує його з іншими комп'ютерами. Цей пристрій вирішує завдання надійного обміну двійковими даними, представленими відповідними електромагнітними сигналами по зовнішніх лініях зв'язку. Як і будь-який контролер комп'ютера, мережевий адаптер працює під керуванням драйвера операційної системи та розподіл функцій між мережним адаптером та драйвером може змінюватися від реалізації до реалізації.

У перших локальних мережах мережевий адаптер із сегментом коаксіального кабелю був увесь спектр комунікаційного устаткування, з допомогою якого організовувалося взаємодія комп'ютерів. Мережевий адаптер комп'ютера-відправника безпосередньо по кабелю взаємодіяв із мережним адаптером комп'ютера-одержувача. У більшості сучасних стандартів для локальних мереж передбачається, що між мережними адаптерами комп'ютерів, що взаємодіють, встановлюється спеціальний комунікаційний пристрій (концентратор, міст, комутатор або маршрутизатор), який бере на себе деякі функції з управління потоком даних.

Мережевий адаптер зазвичай виконує такі функції:

• Оформлення переданої інформації як кадру певного формату. Кадр включає кілька службових полів, серед яких є адреса комп'ютера призначення та контрольна сума кадру, за якою мережевий адаптер станції призначення робить висновок про коректність доставленої мережі інформації.
• Доступ до середовища передачі даних. У локальних мережах в основному застосовуються канали зв'язку, що розділяються між групою комп'ютерів (загальна шина, кільце), доступ до яких надається за спеціальним алгоритмом (найчастіше застосовуються метод випадкового доступу або метод з передачею маркера доступу по кільцю). В останніх стандартах і технологіях локальних мереж намітився перехід від використання середовища передачі даних до використання індивідуальних каналів зв'язків комп'ютера з комунікаційними пристроями мережі, як це завжди робилося в телефонних мережах, де телефонний апарат пов'язаний з комутатором АТС індивідуальною лінією зв'язку. Технологіями, що використовують індивідуальні лінії зв'язку, є 100VG-AnyLAN, ATM і модифікації, що комутують традиційних технологій - switching Ethernet, switching Token Ring і switching FDDI. При використанні індивідуальних ліній зв'язку функції мережевого адаптера часто входить встановлення з'єднання з комутатором мережі.
• Кодування послідовності біт кадру послідовністю електричних сигналів під час передачі даних і декодування за її прийомі. Кодування має забезпечити передачу вихідної інформації по лініях зв'язку з певною смугою пропускання і певним рівнем перешкод таким чином, щоб сторона, що приймає, змогла розпізнати з високим ступенем ймовірності надіслану інформацію. Оскільки в локальних мережах використовуються широкосмугові кабелі, то мережеві адаптери не використовують модуляцію сигналу, необхідну передачі дискретної інформації з вузькосмугових лініях зв'язку (наприклад, телефонним каналам тональної частоти), а передають дані з допомогою імпульсних сигналів. Подання ж двійкових 1 і 0 може бути різним.
• Перетворення інформації з паралельної форми на послідовну і назад. Ця операція пов'язана з тим, що для спрощення проблеми синхронізації сигналів та здешевлення ліній зв'язку в обчислювальних мережах інформація передається в послідовній формі, біт за бітом, а не побайтно, як усередині комп'ютера.
• Синхронізація бітів, байтів та кадрів. Для стійкого прийому інформації, що передається, необхідна підтримка постійного синхронізму приймача і передавача інформації. Мережевий адаптер використовує для вирішення цього завдання спеціальні методикодування, що не використовують додаткову шину з тактовими синхросигналами. Ці методи забезпечують періодичну зміну стану сигналу, що використовується тактовим генератором приймача для підстроювання синхронізму. Крім синхронізації лише на рівні бітів, мережевий адаптер вирішує завдання синхронізації як рівні байтів, і рівні кадрів.

Мережеві адаптери різняться на кшталт і розрядності використовуваної у комп'ютері внутрішньої шини даних – ISA, EISA, PCI, MCA.

Мережеві адаптери різняться також за типом прийнятої в мережі мережевої технології- Ethernet, Token Ring, FDDI тощо. Як правило, конкретна модельмережного адаптера працює за певною мережевою технологією (наприклад, Ethernet). У зв'язку з тим, що для кожної технології зараз є можливість використання різних середовищ передачі даних (той самий Ethernet підтримує коаксіальний кабель, неекрановану кручену пару і оптоволоконний кабель), мережевий адаптер може підтримувати як одне, так і одночасно кілька середовищ. У випадку, коли мережевий адаптер підтримує лише одне середовище передачі даних, а необхідно використовувати інше, застосовуються трансівери та конвертори.

Трансівер(Приймач, trans mitter+re ceiver) – це частина адаптера, його кінцевий пристрій, що виходить на кабель. У першому стандарті Ethernet, що працює на товстому коаксіалі, трансівер розташовувався безпосередньо на кабелі і зв'язувався з рештою адаптера, що розташовувалась усередині комп'ютера, за допомогою інтерфейсу AUI (attachment unit interface). В інших варіантах Ethernet виявилося зручним випускати мережеві адаптери (та й інші комунікаційні пристрої) з портом AUI, до якого можна приєднати трансівер для необхідного середовища.

Замість підбору відповідного трансівера можна використовувати конвертор, який може узгодити вихід приймача, призначеного для одного середовища, з іншим середовищем передачі даних (наприклад, вихід на кручений пару перетворюється на вихід на коаксіальний кабель).

Відповідно до ГОСТ Р 51513-99, активне обладнання - це обладнання, що містить електронні схеми, що отримує живлення від електричної мережіабо інших джерел та виконує функції посилення, перетворення сигналів та інші. Це означає здатність такого обладнання обробляти сигнал за спеціальними алгоритмами. У мережах відбувається пакетна передача даних, кожен пакет даних містить також технічну інформацію: відомості про його джерело, мету, цілісність інформації та інші, що дозволяють доставити пакет за призначенням. Активне мережеве обладнанняне тільки вловлює і передає сигнал, але й обробляє цю технічну інформацію, перенаправляючи і розподіляючи потоки, що надходять у відповідності з вбудованими в пам'ять пристрою алгоритмами. Ця «інтелектуальна» особливість, поряд із живленням від мережі, є ознакою активного обладнання. Наприклад, до складу активного обладнання включаються такі типи приладів:

мережевий адаптер- плата, яка вставляється в комп'ютер і забезпечує його підключення до ЛОМ

репітер- прилад, як правило, з двома портами, призначений для повторення сигналу з метою збільшення довжини мережного сегмента

концентратор(Активний хаб, багатопортовий репітер) - прилад з 4-32 портами, що використовується для об'єднання користувачів в мережу

міст - прилад з 2 портами, що зазвичай використовується для об'єднання кількох робочих груп ЛОМ, дозволяє здійснювати фільтрацію мережевого трафіку, розбираючи мережеві (MAC) адреси

комутатор (світч)- прилад з декількома (4-32) портами, який зазвичай використовується для об'єднання декількох робочих груп ЛОМ (інакше називається багатопортовий міст)

маршрутизатор(роутер) - використовується для об'єднання кількох робочих груп ЛОМ, дозволяє здійснювати фільтрацію мережного трафіку, розбираючи мережеві (IP) адреси

медіаконвертер- прилад, як правило, з двома портами, зазвичай використовується для перетворення середовища передачі даних (коаксіал-кручена пара, кручена пара-оптоволокно)

мережевий трансівер- прилад, як правило, з двома портами, який зазвичай використовується для перетворення інтерфейсу передачі даних (RS232-V35, AUI-UTP).

Зазначимо, деякі фахівці не включають до складу активного обладнання повторювач (репітер) і концентратор (хаб), так як ці пристрої просто повторюють сигнал для збільшення відстані з'єднання або топологічного розгалуження і обробки його за якими алгоритмами не проводять. Але керовані хаби й у своїй підході ставляться до активного мережного устаткування, оскільки може бути наділені певної «інтелектуальної особливістю».

Пасивне мережеве обладнання

ГОСТ Р 51513-99 визначає пасивне обладнання, як обладнання, що не отримує живлення від електричної мережі або інших джерел, та виконує функції розподілу або зниження рівня сигналів. Наприклад, кабельна система: кабель (коаксіальний та кручена пара), вилка/розетка (RG58, RJ45, RJ11, GG45), патч-панель, балун для коаксіальних кабелів (RG-58) і т. д. Також, до пасивного обладнання іноді відносять обладнання траси для кабелів: кабельні лотки, монтажні шафи та стійки, телекомунікаційні шафи.

Розглянемо докладніше активне мережеве обладнання:

Функції та характеристики мережних адаптерів

Мережевий адаптер (Network Interface Card (або Controller), NIC) разом зі своїм драйвером реалізує другий, канальний рівень моделі відкритих систем (OSI) у кінцевому вузлі мережі – комп'ютері. Більш точно, в мережній операційній системі пара адаптер і драйвер виконує тільки функції фізичного та MAC-рівень, у той час як рівень LLC зазвичай реалізується модулем операційної системи, єдиним для всіх драйверів і мережевих адаптерів. Власне так воно і має бути відповідно до моделі стека протоколів IEEE 802. Наприклад, в ОС Windows NT рівень LLC реалізується в модулі NDIS, загальному для всіх драйверів мережевих адаптерів, незалежно від того, яку технологію підтримує драйвер.

Мережевий адаптер спільно з драйвером виконують дві операції: передачу та прийом кадру. Передача кадру з комп'ютера в кабель складається з наведених нижче етапів (деякі можуть бути відсутніми, залежно від прийнятих методів кодування):

Прийом кадру даних LLC через міжрівневий інтерфейс разом з адресною інформацією рівня MAC. Зазвичай, взаємодія між протоколами всередині комп'ютера відбувається через буфери, розташовані в оперативній пам'яті. Дані передачі у мережу поміщаються у ці буфери протоколами верхніх рівнів, які витягують їх із дискової пам'яті чи з файлового кеша з допомогою підсистеми вводу-виводу операційної системи.

Оформлення кадру даних MAC-рівня, який інкапсулюється кадр LLC (з відкинутими прапорами 01111110). Заповнення адрес призначення та джерела, обчислення контрольної суми.

Формування символів кодів під час використання надлишкових кодів типу 4В/5В. Скремблювання кодів для отримання рівномірного спектра сигналів. Цей етап використовується не у всіх протоколах – наприклад, технологія Ethernet 10 Мбіт/с обходиться без нього.

Видача сигналів у кабель відповідно до прийнятого лінійного коду - манчестерського, NRZI, MLT-3 тощо.

Прийом кадру з кабелю до комп'ютера включає наступні дії:

Прийом із кабелю сигналів, що кодують бітовий потік.

Виділення сигналів на тлі шуму. Цю операцію можуть виконувати різні спеціалізовані мікросхеми або сигнальні DSP процесори. В результаті в приймачі адаптера утворюється деяка бітова послідовність, з великим ступенем ймовірності, що збігається з тією, яка була надіслана передавачем.

Якщо дані перед відправкою в кабель піддавалися скремблювання, вони пропускаються через дескремблер, після чого в адаптері відновлюються символи коду, надіслані передавачем.

Перевіряє контрольну суму кадру. Якщо вона неправильна, то кадр відкидається, а через міжрівневий інтерфейс вгору протоколу LLC передається відповідний код помилки. Якщо контрольна сума правильна, то з MAC-кадра витягується кадр LLC і передається через міжрівневий інтерфейс вгору протоколу LLC. Кадр LLC міститься у буфер оперативної пам'яті.

Розподіл обов'язків між мережним адаптером та його драйвером стандартами не визначається, тому кожен виробник вирішує це питання самостійно. Зазвичай мережні адаптери поділяються на адаптери для клієнтських комп'ютерів та адаптери для серверів.

У адаптерах для клієнтських комп'ютерів значна частина роботи перекладається драйвер, цим адаптер виявляється простіше і дешевше. Недоліком такого підходу є високий рівень завантаження центрального процесора комп'ютера рутинними роботамиз передачі кадрів з оперативної пам'яті комп'ютера до мережі. Центральний процесор змушений займатися цією роботою замість виконання прикладних завдань користувача.

Тому адаптери, призначені для серверів, зазвичай постачаються власними процесорами, які самостійно виконують більшу частину роботи з передачі кадрів з оперативної пам'яті в мережу та у зворотному напрямку. Прикладом такого адаптера може бути мережний адаптер SMC EtherPower із вбудованим процесором Intel i960.

Залежно від того, який протокол реалізує адаптер, адаптери поділяються на Ethernet-адаптери, Token Ring-адаптери, FDDI-адаптери тощо. Оскільки протокол Fast Ethernet дозволяє за рахунок процедури автопереговорів автоматично вибрати швидкість роботи мережного адаптера залежно від можливостей концентратора, то багато адаптерів Ethernet сьогодні підтримують дві швидкості роботи і мають у своїй назві приставку 10/100. Цю властивість деякі виробники називають авточутливістю.

Перед встановленням комп'ютера необхідно конфігурувати мережний адаптер. При конфігуруванні адаптера зазвичай задаються номер переривання IRQ, який використовується адаптером, номер каналу прямого доступу до пам'яті DMA (якщо адаптер підтримує режим DMA) та базову адресу портів вводу-виводу.

Якщо мережевий адаптер, апаратура комп'ютера та операційна системапідтримують стандарт Plug-and-Play, то конфігурування адаптера та його драйвера здійснюється автоматично. Інакше потрібно спочатку конфігурувати адаптер мережі, а потім повторити параметри його конфігурації для драйвера. Загалом, деталі процедури конфігурування мережного адаптера та його драйвера багато в чому залежить від виробника адаптера, і навіть від можливостей шини, на яку розроблений адаптер.

Якщо мережний адаптер працює некоректно, може відбуватися флапінг порту.

Репітер (повторювач)

Однією з перших завдань, що стоїть перед будь-якою технологією транспортування даних, є можливість передачі на максимально велику відстань. Фізичне середовище накладає цей процес своє обмеження - рано чи пізно потужність сигналу падає, і прийом стає неможливим. Але ще більше значення має те, що спотворюється «форма сигналу» - закономірність, відповідно до якої миттєве значення рівня сигналу змінюється у часі. Це відбувається внаслідок того, що дроти, якими передається сигнал, мають власну ємність та індуктивність. Електричні та магнітні поля одного провідника наводять ЕРС в інших провідниках (довга лінія).

Звичне для аналогових систем посилення не годиться високочастотних цифрових сигналів. Зрозуміло, за його використанні якийсь невеликий ефект може бути досягнутий, але зі збільшенням відстані спотворення швидко порушать цілісність даних.

Проблема не нова, і у таких ситуаціях застосовують не посилення, а повторення сигналу. При цьому пристрій на вході повинен приймати сигнал, далі розпізнавати його початковий вигляд, і генерувати на виході точну копію. Така схема теорії може передавати дані на скільки завгодно великі відстані (якщо не враховувати особливості поділу фізичного середовища в Ethernet).

Спочатку в Ethernet використовувався коаксіальний кабель з топологією "шина", і потрібно було з'єднувати між собою лише кілька протяжних сегментів. Для цього зазвичай використовувалися повторювачі (repeater), що мали два порти. Дещо пізніше з'явилися багатопортові пристрої, звані концентраторами (concentrator). Їх фізичний сенс був такий самий, але відновлений сигнал транслювався на всі активні порти, крім того, з якого прийшов сигнал.

З появою протоколу 10baseT (витої пари) для уникнення термінологічної плутанини багатопортові повторювачі для крученої пари стали називатися мережевими концентраторами(хабами), а коаксіальні - повторювачами (репітерами), принаймні, у російськомовній літературі. Ці назви добре прижилися і використовуються зараз дуже широко.

Мережевий концентратор

Концентратор працює на першому (фізичному) рівні мережевої моделі OSI, ретранслюючи вхідний сигнал з одного з портів у сигнал на всі інші (підключені) порти, реалізуючи таким чином властиву Ethernet топологію загальна шина, з розділенням пропускної здатності мережі між усіма пристроями та роботою в режимі напівдуплексу. Колізії (тобто спроба двох і більше пристроїв почати передачу одночасно) обробляються аналогічно мережі Ethernet на інших носіях - пристрої самостійно припиняють передачу та відновлюють спробу через випадковий проміжок часу, говорячи сучасною мовою, концентратор об'єднує пристрої одногодомені колізій.

Концентратор мережі також забезпечує безперебійну роботу мережі при відключенні пристрою від одного з портів або пошкодження кабелю, на відміну, наприклад, від мережі на коаксіальному кабелі, яка в такому випадку припиняє роботу повністю.

Мережевий комутатор

Комутатор зберігає у пам'яті (т.зв. асоціативної пам'яті) таблицю комутації, у якій вказується відповідність MAC-адреси вузла порту комутатора. При включенні комутатора ця таблиця порожня, і він працює як навчання. У цьому режимі дані, що надходять на який-небудь порт, дані передаються на всі інші порти комутатора. При цьому комутатор аналізує кадри (кадри) і, визначивши MAC-адресу хоста-відправника, заносить його в таблицю на деякий час. Згодом, якщо на один з портів комутатора надійде кадр, призначений для хоста, MAC-адреса якого вже є в таблиці, цей кадр буде переданий тільки через порт, вказаний в таблиці. Якщо MAC-адреса хоста-одержувача не асоційований з будь-яким портом комутатора, кадр буде відправлено на всі порти, за винятком того порту, з якого він був отриманий. Згодом комутатор будує таблицю всіх активних MAC-адрес, у результаті трафік локалізується. Варто відзначити малу латентність (затримку) та високу швидкість пересилання на кожному порту інтерфейсу.

Режими комутації:

Існує три способи комутації. Кожен із них - це комбінація таких параметрів, як час очікування та надійність передачі.

З проміжним зберіганням (Store and Forward). Комутатор читає всю інформацію у кадрі, перевіряє його відсутність помилок, вибирає порт комутації і після цього посилає у нього кадр.

Наскрізний (cut-through). Комутатор зчитує в кадрі тільки адресу призначення і виконує комутацію. Цей режим зменшує затримки передачі, але в ньому немає методу виявлення помилок.

Безфрагментний (fragment-free) або гібридний. Цей режим є модифікацією наскрізного режиму. Передача здійснюється після фільтрації фрагментів колізій (перші 64 байти кадру аналізуються на наявність помилки і за її відсутності кадр обробляється в наскрізному режимі).

Затримка, пов'язана з «прийняттям комутатором рішення», додається до часу, який потрібно кадру для входу на порт комутатора та виходу з нього, разом із ним визначає загальну затримку комутатора.

Маршрутизатор

Зазвичай маршрутизатор використовує адресу одержувача, зазначену в пакетних даних, і визначає таблиці маршрутизації шлях, яким слід передати дані. Якщо в таблиці маршрутизації адреси немає описаного маршруту, пакет відкидається.

Існують і інші способи визначення маршруту пересилання пакетів, коли, наприклад, використовується адреса відправника, використовувані протоколи верхніх рівнів та інша інформація, що міститься в заголовках пакетів мережного рівня. Нерідко маршрутизатори можуть здійснювати трансляцію адрес відправника і одержувача, фільтрацію транзитного потоку даних на основі певних правил з метою обмеження доступу, шифрування/розшифрування даних, що передаються, і т.д.

Таблиця маршрутизаціїмістить інформацію, на основі якої маршрутизатор приймає рішення про подальше пересилання пакетів. Таблиця складається з деякої кількості записів - маршрутів, у кожному з яких міститься адреса мережі одержувача, адреса наступного вузла, якому слід передавати пакети, адміністративна відстань - ступінь довіри до джерела маршруту та деяка вага запису - метрика. Метрики записів у таблиці грають роль обчисленні найкоротших маршрутів до різних одержувачам. Залежно від моделі маршрутизатора і використовуваних протоколів маршрутизації, таблиці може міститися деяка додаткова службова інформація.

Таблиця маршрутизації може складатися двома способами:

статична маршрутизація- коли записи в таблиці вводяться та змінюються вручну. Такий спосіб вимагає втручання адміністратора щоразу, коли відбуваються зміни у топології мережі. З іншого боку, він є найбільш стабільним і вимагає мінімум апаратних ресурсів маршрутизатора для обслуговування таблиці.

динамічна маршрутизація- коли записи в таблиці оновлюються автоматично за допомогою одного або декількох протоколів маршрутизації - RIP, OSPF, IGRP, EIGRP, IS-IS, BGP та ін. Крім того, маршрутизатор будує таблицю оптимальних шляхів до мереж призначення на основі різних критеріїв - кількості проміжних вузлів, пропускної спроможності каналів, затримки передачі і т. п. Критерії обчислення оптимальних маршрутів найчастіше залежать від протоколу маршрутизації, а також задаються конфігурацією маршрутизатора. Такий спосіб побудови таблиці дозволяє автоматично тримати таблицю маршрутизації у актуальному стані та обчислювати оптимальні маршрути на основі поточної топології мережі. Однак динамічна маршрутизація надає додаткове навантаження на пристрої, а висока нестабільність мережі може призводити до ситуацій, коли маршрутизатори не встигають синхронізувати свої таблиці, що призводить до суперечливих відомостей про топологію мережі в різних її частинах і втрату даних.

Найчастіше для побудови таблиць маршрутизації використовують теорію графів.

Медіаконвертер

Зазвичай, стосовно мережевим технологіям, медіаконвертери здійснюють свою роботу на 1-му рівні моделі OSI. І тут неможливо перетворення швидкості передачі між двома середовищами, і навіть неможлива інша інтелектуальна обробка даних. У цьому випадку медіаконвертери також можуть називатись трансіверами. З розвитком технологій медіаконвертери забезпечили додатковими інтелектуальними можливостями, щоб забезпечити стикування старих пристроїв із новими. Медіаконвертери стали працювати на 2-му рівні моделі OSI і отримали можливість перетворювати не тільки середовище, а також швидкість передачі даних, мати інші сервісні функції, як оповіщення про обрив лінії зв'язку на протилежній стороні, контроль за потоком передачі даних, іншими технічними можливостями.

Мережевий трансівер

Трансівер дозволяє станції передавати та отримувати із загального мережевого середовища передачі. Додатково, трансівери Ethernet визначають колізії у середовищі та забезпечують електричну ізоляцію між станціями. 10BASE2і10BASE5трансівери підключаються безпосередньо до середовища передачі (кабель) загальна шина. Хоча перший зазвичай використовує внутрішній трансівер, вбудований у схему контролера і Т-коннектор для підключення до кабелю, а другий (10Base5) використовує окремий зовнішній трансівер і AUI-кабель або трансіверний кабель для підключення до контролера.10BASE-F трансівери. Треба сказати, що існують також зовнішні трансівери для 10Base2, 10BaseF, 10baseT і FOIRL, які можуть окремо підключатися до порту AUI або безпосередньо або через AUI-кабель.

Якщо трансівер є сполучною ланкою між оптичним та мідним кабелями, то його часто називають медіаконвертером.

Управління та налаштування комунікаційного обладнання.

Комутаційне обладнання ділиться на кероване та не кероване.

Ми розглянемо кероване обладнання.

При конфігуруванні обладнання можуть бути доступні такі параметри:

номер лінії запиту на апаратне переривання IRQ

номер каналу прямого доступу до пам'яті DMA (якщо підтримується)

базова адреса введення/виводу

базова адреса пам'яті ОЗУ (якщо використовується)

підтримка стандартів автоузгодження дуплексу/напівдуплексу, швидкості

підтримка теггрованих пакетів VLAN (801.q) з можливістю фільтрації пакетів заданого VLAN ID

Параметри WON (Wakeupon LAN) Залежно від потужності та складності мережевої карти вона може реалізовувати обчислювальні функції (переважно підрахунок та генерацію контрольних сум3 кадрів) апаратно або програмно (драйвером мережевої картки з використанням центрального процесора)

Принципи маршрутизації. Методи формування таблиць маршрутизації. Алгоритми маршрутизації у мережах IP. Протокол RIP. Протокол OSPF.

Завдання маршрутизації включає дві підзадачі:

Визначення маршруту;

Оповіщення мережі про вибраний маршрут.

Визначити маршрутозначає вибрати послідовність транзитних вузлів та його інтерфейсів, якими треба передавати дані, щоб доставити їх адресату. Визначення маршруту - складне завдання, особливо коли конфігурація мережі така, що між парою мережевих інтерфейсів, що взаємодіють, існує безліч шляхів. Найчастіше вибір зупиняють на одному оптимальномуза деяким критерієм маршрут. Як критерії оптимальності можуть виступати, наприклад, номінальна пропускна здатністьта завантаженість каналів зв'язку; затримки, що вносяться каналами; кількість проміжних транзитних вузлів; надійність каналів та транзитних вузлів.

Але навіть у тому випадку, коли між кінцевими вузлами існує лише одиншлях, при складній топології мережі його знаходження може бути нетривіальним завданням.

Маршрут може визначатися емпірично («вручну») адміністратором мережі на підставі різних міркувань, що часто не формалізуються. Серед спонукальних мотивів вибору шляху можуть бути: особливі вимоги до мережі різних типів додатків, рішення передавати трафік через мережу певного постачальника послуг, припущення про пікових навантаженнях на деякі канали мережі, міркування безпеки.

Однак емпіричний підхід до визначення маршрутів мало придатний для великої мережі зі складною топологією. І тут використовуються автоматичні методи визначення маршрутів. Для цього кінцеві вузли та інші пристрої мережі оснащуються спеціальними програмними засобами, які організують взаємний обмін службовими повідомленнями, що дозволяє кожному вузлу скласти своє «уявлення» про мережу. Потім з урахуванням зібраних даних програмними методами визначаються раціональні маршрути.

При виборі маршруту часто обмежуються лише інформацією про топологію мережі. Цей підхід ілюструє рис. 11.1. Для передачі трафіку між кінцевими вузлами А та С існує два альтернативні маршрути: А-1-2-3-Сі А-1-3-С.Якщо ми враховуємо лише топологію, то вибір очевидний – маршрут А-1-3-С,який має менше транзитних вузлів.

Рис. 11.1. Вибір маршруту

Рішення було знайдено шляхом мінімізації критерію, якою у цьому прикладі виступала довжина маршруту, виміряна кількістю транзитних вузлів. Однак, можливо, наш вибір був не найкращим. На малюнку показано, що канали 1-2 і 2-3 мають пропускну здатність 100 Мбіт/с, а канал 1-3 - лише 10 Мбіт/с. Якщо ми хочемо, щоб наша інформація передавалася через мережу з максимально можливою швидкістю, то нам слід би вибрати маршрут А-1-2-3-С,хоча він і проходить через більшу кількість проміжних вузлів. Тобто можна сказати, що маршрут А-1-2-3-Су разі виявляється «коротшим».

Анотація спосіб вимірювання ступеня близькості між двома об'єктами називається метрикою. Так, для вимірювання довжини маршруту можуть бути використані різні метрики - кількість транзитних вузлів, як у попередньому прикладі, лінійна довжина маршруту і навіть його вартість у грошах. Для побудови метрики, що враховує пропускну спроможність, часто використовують наступний прийом: довжину кожного каналу-дільниці характеризують величиною, зворотної його пропускної спроможності. Щоб оперувати цілими числами, вибирають деяку константу, явно більшу, ніж пропускні можливості каналів у мережі. Наприклад, якщо ми як така константа виберемо 100 Мбіт/с, то метрика кожного з канатів 1-2 і 2-3 дорівнює 1, а метрика каналу 1-3 становить 10. Метрика маршруту дорівнює сумі метрик складових його каналів, тому частина колії 1-2-3 має метрику 2, а альтернативна частина шляху 1-3 - метрикою 10. Ми вибираємо більш «короткий» шлях, тобто шлях А-1-2-3-С.

Описані підходи до вибору маршрутів не враховують поточний рівень завантаженості каналів трафіком. Використовуючи аналогію з автомобільним трафіком, можна сказати, що ми вибирали маршрут по карті, враховуючи кількість проміжних міст та ширину дороги (аналог пропускної спроможності каналу), віддаючи перевагу швидкісним магістралям. Але ми не стали слухати радіо чи телевізійну програму, яка повідомляє про поточні пробки на дорогах. Так що наше рішення виявляється аж ніяк не найкращим, коли за маршрутом А-1-2-3-Свже передається велика кількість потоків, а маршрут А-1-3-Спрактично вільний.

Після того, як маршрут визначено (вручну або автоматично), треба повідомитипро нього всі пристрої мережі. Повідомлення про маршрут має нести кожному транзитному пристрою приблизно таку інформацію: «кожен раз, коли пристрій надійдуть дані, що відносяться до потоку п,їх слід передати для подальшого просування на інтерфейс F».Кожне подібне повідомлення про маршрут обробляється пристроєм, у результаті створюється новий запис таблиці комутації.У цій таблиці локальною або глобальною ознакою (ознаками) потоку (наприклад, міткою, номером вхідного інтерфейсу або адресою призначення) ставиться у відповідність номер інтерфейсу, на який пристрій повинен передавати дані, що відносяться до цього потоку.

Таблиця 2.1 є фрагментом таблиці комутації, що містить запис, зроблений на підставі повідомлення про необхідність передачі потоку пна інтерфейс F.

Звичайно, детальний опис структури повідомлення про маршрут і вміст таблиці комутації залежить від конкретної технології, проте ці особливості не змінюють сутності процесів, що розглядаються.

Передача інформації транзитним пристроям про вибрані маршрути, так само як і визначення маршруту, може здійснюватися вручну або автоматично. Адміністратор мережі може зафіксувати маршрут, виконавши в ручному режиміконфігурування пристрою, наприклад, жорстко скомутувавши на тривалий час певні пари вхідних та вихідних інтерфейсів (як працювали «телефонні панночки» на перших комутаторах). Він може також з власної ініціативи внести запис про маршрут до таблиці комутації.

Однак оскільки топологія та склад інформаційних потоків можуть змінюватися (відмови вузлів або поява нових проміжних вузлів, зміна адрес або визначення нових потоків), гнучке вирішення завдань визначення та завдання маршрутів передбачає постійний аналіз стану мережі та оновлення маршрутів та таблиць комутації. У разі завдання прокладання маршрутів, зазвичай, неможливо знайти вирішені без досить складних програмних і апаратних засобів.

Алгоритми маршрутизації у мережахIP

Алгоритми маршрутизації застосовуються визначення оптимального шляху пакетів від джерела до одержувачу і є основою будь-якого протоколу маршрутизації.

Алгоритми маршрутизації можуть бути класифіковані за типами:

Статичні чи динамічні. Статичні алгоритми є зведенням правил роботи зі статичними таблицями маршрутизації, які налаштовуються адміністраторами мережі. Добре працюють у разі передбачуваного трафіку у мережах стабільної конфігурації. Динамічні алгоритми маршрутизації підлаштовуються до обставин мережі, що змінюються, в масштабі реального часу. Вони виконують це шляхом аналізу повідомлень про оновлення маршрутизації. Якщо в повідомленні вказується, що мала зміна мережі, програми маршрутизації перераховують маршрути та розсилають нові повідомлення про коригування маршрутизації. Такі повідомлення пронизують мережу, стимулюючи маршрутизатори знову проганяти свої алгоритми і відповідним чином змінювати таблиці маршрутизації. Динамічні алгоритми маршрутизації можуть доповнювати статичні маршрути, де це доречно.

Одномаршрутні або багатомаршрутніалгоритми. Деякі складні протоколи маршрутизації забезпечують безліч маршрутів до одного і того ж пункту призначення. Такі багатомаршрутні алгоритми уможливлюють мультиплексну передачу трафіку по численних лініях, одномаршрутні алгоритми не можуть робити цього. Багатомаршрутні алгоритми можуть забезпечити значно більшу пропускну здатність та надійність.

Однорівневі чи ієрархічніалгоритми. Розрізняються за принципом взаємодії друг з одним. В однорівневій системі маршрутизації всі рутери рівні по відношенню один до одного. В ієрархічній системі маршрутизації пакети даних переміщуються від роутерів нижнього рівня до базових, що здійснюють основну маршрутизацію. Як тільки пакети досягають загальної області пункту призначення, вони перемежовуються вниз ієрархією до хоста призначення.

Алгоритми з маршрутизацією від джерела. У системах маршрутизації від джерела роутери діють просто як пристрої зберігання та пересилання пакета, без жодних роздумів відсилаючи його до наступної зупинки, вони припускають, що відправник розраховує та визначає весь маршрут сам. Інші алгоритми припускають, що хост відправника нічого не знає про маршрути. При використанні такого роду алгоритмів роутери визначають маршрут через мережу, базуючись на своїх розрахунках.

Внутрішньодоменні або вигукиалгоритми. Деякі алгоритми маршрутизації діють лише у межах доменів; інші - як у межах доменів, і між ними.

Алгоритми стану каналу та дистанційно-векторні. Алгоритми стану каналу спрямовують потоки маршрутної інформації на всі вузли мережі. Кожен роутер відсилає лише частину відомої йому інформації, яка визначає стан його власних каналів, але всім вузлам маршрутизації. Дистанційно-векторні вимагають від кожного роутера пересилання всієї або частини його таблиці, але тільки сусідам.

Маршрутизація за вектором відстані. Внутрішній протокол маршрутизації RIP

Цей протокол маршрутизації призначений для порівняно невеликих та відносно однорідних мереж. Маршрут характеризується вектором відстані до призначення. Передбачається, що кожен маршрутизатор є відправною точкою декількох маршрутів до мереж, з якими він пов'язаний. Описи цих маршрутів зберігається у спеціальній таблиці, яка називається маршрутною. Таблиця маршрутизації RIP містить по запису на кожну машину, що обслуговується (на кожний маршрут). Запис повинен включати:

IP-адреса призначення.

Метрика маршруту (від 1 до 15; число кроків до призначення).

IP-адреса найближчого маршрутизатора (gateway) на шляху до місця призначення.

Таймери маршруту.

Періодично (раз на 30 с) кожен маршрутизатор посилає широкомовну копію своєї маршрутної таблиці всім сусідам-маршрутизаторам, з якими пов'язаний безпосередньо. Маршрутизатор-одержувач переглядає таблицю. Якщо в таблиці є новий шлях або повідомлення про більш короткий маршрут, або відбулися зміни довжин шляху, ці зміни фіксуються одержувачем у своїй маршрутній таблиці. Протокол RIP повинен бути здатний обробляти три типи помилок:

Циклічні маршрути.

Для придушення нестабільностей RIP має використовувати мале значення максимально можливої ​​кількості кроків (трохи більше 16).

Повільне поширення маршрутної інформації через мережу створює проблеми при динамічній зміні маршрутної ситуації (система не встигає за змінами). Мале граничне значення метрики покращує збіжність, але не усуває проблему.

Невідповідність маршрутної таблиці реальної ситуації типово не тільки для RIP, але характерно для всіх протоколів, що базуються на векторі відстані, де інформаційні повідомлення актуалізації несуть у собі лише кілька кодів: адресу місця призначення та відстань до нього.

Основна перевага алгоритму вектора відстаней – його простота. Справді, у процесі роботи маршрутизатор спілкується лише з сусідами, періодично обмінюючись із нею копіями своїх таблиць маршрутизації. Отримавши інформацію про можливі маршрути від усіх сусідніх вузлів, маршрутизатор вибирає шлях із найменшою вартістю та вносить його до своєї таблиці.

Маршрут за замовчуванням має адресу 0.0.0.0 (це і для інших протоколів маршрутизації). Кожному маршруту ставиться у відповідність таймер тайм-ауту та "збирача сміття". Тайм-аут-таймер скидається щоразу, коли маршрут ініціалізується чи коригується. Якщо з часу останньої корекції пройшло 3 хвилини або отримано повідомлення, що вектор відстані дорівнює 16, маршрут вважається закритим. Але запис про нього не стирається, поки не закінчиться час "прибирання сміття" (2хв). При появі еквівалентного маршруту перемикання на нього не відбувається, таким чином блокується можливість осциляції між двома або більше рівноцінними маршрутами.

Формат повідомлення протоколу RIP має вигляд:

Поле команда визначає вибір згідно з наступною таблицею

Поле версіядля RIP одно 1 (для RIP-2 двом). Поле набір протоколів мережі iвизначає набір протоколів, що використовуються у відповідній мережі (для Інтернет це поле має значення 2).

Відстань до мережі iмістить цілу кількість кроків (від 1 до 15) до цієї мережі. В одному повідомленні може бути інформація про 25 маршрутів. При реалізації RIP можна назвати такі режимы:

Ініціалізація, визначення всіх "живих" інтерфейсів шляхом надсилання запитів, отримання таблиць маршрутизації з інших маршрутизаторів. Часто використовуються широкомовні запити.

Отримано запит. Залежно від типу запиту надсилається адресату повна таблиця маршрутизації, або проводиться індивідуальна обробка.

Отримано відгук. Проводиться корекція таблиці маршрутизації (видалення, виправлення, додавання).

Регулярні корекції. Кожні 30 секунд вся або частина таблиці маршрутизації надсилається всім сусіднім маршрутизаторам. Можуть надсилатись і спеціальні запити при локальній зміні таблиці.

Недоліки RIP:

RIP не працює з адресами субмереж. Якщо нормальний 16-біт ідентифікатор ЕОМ класу B не дорівнює 0, RIP не може визначити чи не є нульова частина cубсетовим ID, або повною IP-адресою.

RIP вимагає багато часу для відновлення зв'язку після збою в маршрутизаторі (хвилини). У процесі встановлення режиму можливі цикли.

Число кроків важливий, але не єдиний параметр маршруту, та й 15 кроків не є межею для сучасних мереж.

Алгоритми стану зв'язків. Протокол OSPF (алгоритм Дейкстри)

Протокол OSPF (Open Shortest Path Firs) є реалізацією алгоритму стану зв'язків (він прийнятий у 1991 році) і має багато особливостей, орієнтованих на застосування у великих гетерогенних мережах.

Протокол OSPF обчислює маршрути в IP-мережах, зберігаючи інші протоколи обміну маршрутною інформацією.

Безпосередньо пов'язані маршрутизатори називаються "сусідами". Кожен маршрутизатор зберігає інформацію про те, в якому стані, на його думку, знаходиться сусід. Маршрутизатор покладається на сусідні маршрутизатори і передає їм пакети даних тільки в тому випадку, якщо він упевнений, що вони є повністю працездатними. Для з'ясування стану зв'язків маршрутизатори-сусіди часто обмінюються короткими повідомленнями HELLO.

Для поширення мережі даних про стан зв'язків маршрутизатори обмінюються повідомленнями іншого типу. Ці повідомлення називаються router links advertisement – ​​оголошення про зв'язки маршрутизатора (точніше, про стан зв'язків). OSPF-маршрутизатори обмінюються не лише своїми, а й чужими оголошеннями про зв'язки, отримуючи врешті-решт інформацію про стан усіх зв'язків мережі. Ця інформація і утворює граф зв'язків мережі, який, природно, той самий для всіх маршрутизаторів мережі.

Крім інформації про сусідів, маршрутизатор у своєму оголошенні перераховує IP-підмережі, з якими він пов'язаний безпосередньо, тому після отримання інформації про граф зв'язків мережі, обчислення маршруту до кожної мережі проводиться безпосередньо за цим графом за алгоритмом Дейкстри. Більш точно, маршрутизатор обчислює шлях не до конкретної мережі, а маршрутизатора, до якого ця мережа підключена. Кожен маршрутизатор має унікальний ідентифікатор, який передається в оголошенні стану зв'язків. Маршрутизатор обчислює оптимальний маршрут до кожної мережі, але запам'ятовує тільки перший проміжний маршрутизатор з кожного маршруту. Таким чином, результатом обчислень оптимальних маршрутів є список рядків, у яких вказується номер мережі та ідентифікатор маршрутизатора, якому потрібно переслати пакет для цієї мережі. Вказаний список маршрутів є маршрутною таблицею.

Формат пакету OSPF

Існує 5 типів OSPF-пакетів. Усі OSPF-пакети починаються зі стандартного 24-баїтного заголовка.

Authentication Data

Version (1 байт). Поле означає номер версії OSPF пакета протоколу, що використовує даний пакет.

Type (1 байт). Залежно від типу, пакет виконує ті чи інші функції:

Type = 1 - Hello Відправляється через регулярні інтервали часу для встановлення та підтримки сусідських взаємин.

Type =2 - Database Description Пакети описують вміст бази даних. Обмін цими пакетами провадиться при ініціалізації суміжних маршрутизаторів, тобто мають ідентичні топологічні бази даних.

Type =3 - Link-State Request Запит про стан каналу

Type =4 - Link-State Update Пакети коригування стану каналу – відповідь на пакети запиту про стан каналу.

Type =5 - Link-Sate Acknowledgement Підтвердження стану каналу. Підтверджує пакети налаштування стану каналу.

Packet Length (16 біт). Поле довжини пакета (у байтах) разом із стандартним заголовком.

RouterlD (32 біти). Ідентифікатор поле відправника.

ArealD (32 біти). Поле ідентифікує область, до якої належить цей пакет.

Checksum (16 біт). Поле контрольної суми пакета.

Authentication (16 біт). Поле типу аутентифікації. Наприклад, "простий пароль". Усі обміни протоколу OSPF проводяться з автентифікацією відправника та його прав. Тип аутентифікації встановлюється за принципом "окремий кожної області".

Authentication data (64 біти). Поле містить інформацію про аутентифікацію.

Структури кадрів, пакетів у мережах зв'язку.

Інформація в локальних мережах, як правило, передається окремими порціями, шматками, які називаються в різних джерелах пакетами (packets), кадрами (frames) або блоками. Причому гранична довжина цих пакетів суворо обмежена (зазвичай завбільшки кілька кілобайт). Обмежена довжина пакета та знизу (як правило, декількома десятками байт). Вибір пакетної передачі пов'язані з кількома важливими міркуваннями.

Призначення пакетів та їх структура

Інформація в локальних мережах, як правило, передається окремими порціями, шматками, які називаються в різних джерелах пакетами (packets), кадрами (frames) або блоками. Причому гранична довжина цих пакетів суворо обмежена (зазвичай завбільшки кілька кілобайт). Обмежена довжина пакета та знизу (як правило, декількома десятками байт). Вибір пакетної передачі пов'язаний з декількома важливими міркуваннями. Локальна мережа, як ми вже відзначали, повинна забезпечувати якісний, прозорий зв'язок усім абонентам (комп'ютерам) мережі. Найважливішим параметром є так званий час доступу до мережі (accesstime), який визначається як часовий інтервал між моментом готовності абонента до передачі (коли йому є що передавати) і моментом початку цієї передачі. Це час очікування абонентом початку передачі. Звісно, ​​воно має бути занадто великим, інакше величина реальної, інтегральної швидкості передачі між додатками сильно зменшиться навіть за високошвидкісного зв'язку. Очікування початку передачі пов'язане з тим, що в мережі не може відбуватися кілька передач одночасно (принаймні при топологіях шина і кільце). Завжди є лише один передавач та один приймач (рідше – кілька приймачів). Інакше інформація від різних передавачів змішується та спотворюється. У зв'язку із цим абоненти передають свою інформацію по черзі. І кожному абоненту, перш ніж розпочати передачу, треба дочекатися своєї черги. Ось цей час очікування своєї черги і є час доступу. Якби вся необхідна інформація передавалася якимсь абонентом відразу, безперервно, без поділу на пакети, це призвело б до монопольного захоплення мережі цим абонентом на досить тривалий час. Всі інші абоненти змушені були б чекати закінчення передачі всієї інформації, що часом могло б вимагати десятків секунд і навіть хвилин (наприклад, при копіюванні вмісту цілого жорсткого диска). Для того щоб зрівняти в правах всіх абонентів, а також зробити приблизно однаковими для них величину часу доступу до мережі та інтегральну швидкість передачі інформації, якраз і застосовуються пакети (кадри) обмеженої довжини. Важливо також те, що з передачі великих масивів інформації ймовірність помилки через перешкод і збоїв досить висока. Наприклад, при характерній для локальних мереж величині ймовірності одиночної помилки в 10-8 пакет довжиною 10 Кбіт буде спотворений з ймовірністю 10-4, а масив довжиною 10 Мбіт - вже з ймовірністю 10-1. До того ж виявити помилку в масиві з кількох мегабайт набагато складніше, ніж у пакеті з кількох кілобайт. А при виявленні помилки доведеться повторити передачу великого масиву. Але і при повторній передачі великого масиву знову висока ймовірність помилки, і цей процес при занадто великому масиві може повторюватися до нескінченності. З іншого боку, порівняно великі пакети мають переваги перед дуже маленькими пакетами, наприклад, перед побайтовою (8 біт) або послівною (16 біт або 32 біта) передачею інформації. Справа в тому, що кожен пакет, крім власне даних, які потрібно передати, повинен містити кілька службової інформації. Насамперед, це адресна інформація, яка визначає, від кого і кому передається цей пакет (як на поштовому конверті – адреси отримувача та відправника). Якщо порція даних, що передаються, буде дуже маленькою (наприклад, кілька байт), то частка службової інформації стане недозволено високою, що різко знизить інтегральну швидкість обміну інформацією по мережі.

Існує певна оптимальна довжина пакета (або оптимальний діапазон довжин пакетів), коли середня швидкість обміну інформацією по мережі буде максимальна. Ця довжина не є незмінною величиною, вона залежить від рівня перешкод, методу управління обміном, кількості абонентів мережі, характеру інформації, що передається, і від багатьох інших факторів. Є діапазон довжин, близький до оптимуму.

Таким чином, процес інформаційного обміну в мережі є чергуванням пакетів, кожен з яких містить інформацію, що передається від абонента до абонента.

Передача пакетів у мережі між двома абонентами

Малюнок. 12.1. Передача пакетів у мережі між двома абонентами.

В окремому випадку (рис. 12.1) всі ці пакети можуть передаватися одним абонентом (коли інші абоненти не хочуть передавати). Але зазвичай у мережі чергуються пакети, надіслані різними абонентами (рис. 12.2).

Малюнок 12.2. Передача пакетів у мережі між кількома абонентами

Структура та розміри пакета в кожній мережі жорстко визначені стандартом на цю мережу та пов'язані, перш за все, з апаратурними особливостями цієї мережі, обраною топологією та типом середовища передачі інформації. Крім того, ці параметри залежать від протоколу (порядку обміну інформацією).

Але є деякі загальні принципи формування структури пакету, які враховують характерні особливості обміну інформацією з будь-яких локальних мереж.

Малюнок12.3 . Типова структура пакету

Стартова комбінація бітів або преамбула, яка забезпечує попереднє налаштування апаратури адаптера або іншого мережного пристрою на приймання та обробку пакета. Це поле може бути відсутнім або зводитися до єдиного стартового біта.

Мережева адреса (ідентифікатор) абонента, що приймає, тобто індивідуальний або груповий номер, присвоєний кожному приймаючому абоненту в мережі. Ця адреса дозволяє приймачеві розпізнати пакет, адресований йому особисто, групі, до якої він входить, або всім абонентам мережі одночасно (при широкому мовленні).

Мережева адреса (ідентифікатор) передавального абонента, тобто індивідуальний номер, присвоєний кожному абоненту, що передає. Ця адреса інформує абонента, звідки прийшов даний пакет. Включення в пакет адреси передавача необхідно в тому випадку, коли одному приймачеві можуть приходити поперемінно пакети від різних передавачів.

Службова інформація, яка може вказувати на тип пакету, його номер, розмір, формат, маршрут його доставки, те, що з ним треба робити приймачеві і т.д.

Дані (поле даних) – це та інформація, для передачі якої використовується пакет. На відміну від решти полів пакета поле даних має змінну довжину, яка, власне, і визначає повну довжину пакета. Існують спеціальні керуючі пакети, які не мають поля даних. Їх можна як мережеві команди. Пакети, які містять поле даних, називаються інформаційними пакетами. Керуючі пакети можуть виконувати функцію початку та кінця сеансу зв'язку, підтвердження прийому інформаційного пакета, запиту інформаційного пакетуі т.д.

Контрольна сума пакета – це числовий код, який формується передавачем за певними правилами та містить у згорнутому вигляді інформацію про весь пакет. Приймач, повторюючи обчислення, зроблені передавачем з прийнятим пакетом, порівнює їх результат з контрольною сумою і робить висновок про правильність або помилковість передачі пакета. Якщо пакет помилковий, приймач запитує його повторну передачу. Зазвичай використовують циклічну контрольну суму (CRC).

Стопова комбінація служить інформування апаратури приймаючого абонента про закінчення пакета, забезпечує вихід апаратури приймача зі стану прийому. Це поле може бути відсутнім, якщо використовується код, що самосинхронізується, що дозволяє визначати момент закінчення передачі пакета.

Рисунок 12.4. Вкладення кадру в пакет

Нерідко у структурі пакета виділяють лише три поля:

Початкове поле пакета (або заголовок пакета), тобто поле, що включає в себе стартову комбінацію, мережні адреси приймача і передавача, а також службову інформацію.

Поле даних пакет.

Кінцеве поле пакета (висновок, трейлер), куди входять контрольна сума і стопова комбінація, а також, можливо, службова інформація.

Як згадувалося, крім терміна " пакет " (packet) в літературі також нерідко зустрічається термін " кадр " ( frame ). Іноді під цими термінами мають на увазі те саме. Але іноді мається на увазі, що кадр та пакет різняться. Причому єдності у поясненні цих відмінностей немає. У деяких джерелах стверджується, що кадр вкладено в пакет. У цьому випадку всі перелічені поля пакета, крім преамбули та стопової комбінації, відносяться до кадру (рис. 12.4). Наприклад, в описах мережі Ethernet говориться, що в кінці преамбули передається ознака початку кадру. В інших, навпаки, підтримується думка про те, що пакет вкладений у кадр. І тоді під пакетом мається на увазі тільки інформація, що міститься в кадрі, який передається по мережі і забезпечений службовими полями. Щоб уникнути плутанини, в даній книзі термін "пакет" буде використовуватися як більш зрозумілий і універсальний. приймаючим абонентами відбувається обмін інформаційними та керуючими пакетами за встановленими правилами, які називають протоколом обміну. Це дозволяє забезпечити надійну передачу інформації за будь-якої інтенсивності обміну по мережі.

Мережеві адаптери

Мережеві адаптери, або мережеві карти, - це спеціальні пристрої, основне призначення яких полягає у забезпеченні двонаправленого обміну даними між персональним комп'ютером та локальною мережею. Будучи одним з елементів апаратної конфігурації комп'ютера, таким, як, наприклад, модем, відеоадаптер або звукова карта, мережні адаптери підключаються до ПК через один із стандартних портів, і налаштовуються аналогічно до іншого обладнання. Нині прийнято розрізняти кілька типів мережевих адаптерів за принципом використовуваного ними інтерфейсу як. з'єднання з комп'ютером, так і для підключення кабелю мережі.

Моноінтерфейсні та комбіновані мережеві адаптери

Сьогодні найпоширенішими класами локальних мереж Ethernet є 10Base2 та 10BaseT. Перші створюються на основі коаксіального кабелю, тому мережні адаптери, що працюють з цим типом мереж, оснащені роз'ємами Bayonet Network Connector (BNC).

Рисунок 5 - Гніздо BNC для локальних мереж 10Base2

Дані роз'єми мають циліндричну форму і зовні віддалено нагадують приймальне гніздо штекера телевізійної антени. На зовнішній поверхні циліндричної частини роз'єму, як правило, є два невеликі виступи заввишки приблизно міліметр, призначених для фіксації замка Т-коннектора.

Другий різновид мережевих карт розрахований на роботу з мережами класу 10BaseT і комплектується роз'ємами RJ-45 (рисунок 6).

Рисунок 6 - Роз'єм RJ-45 для локальних мереж 10BaseT

Цей тип роз'ємів добре знайомий власникам модемів, сучасних телефонів та факсимільних апаратів - зовні він дуже схожий на контактні гнізда даних пристроїв, до яких підключається телефонна лінія. Роз'єм RJ-45 має вигляд поглиблення прямокутної форми з невеликим пазом для замку мережевої вилки, у нижній частині гнізда розташовано вісім контактів, що з'єднуються з відповідними контактами вилки кабелю.

Мережні адаптери, обладнані роз'ємом якогось одного типу, наприклад, BNC або RJ-45, прийнято називати моноінтерфейсними. Існують також мережеві карти, у яких присутні роз'єми обох типів - їх називають комбінованими.

Відповідь на питання про те, мережеві карти якого типу слід купувати при проектуванні невеликої локальної мережі, очевидна: комбіновані адаптери дозволяють планувати прокладання мережі з більшою гнучкістю при виборі різних варіантів - у разі потреби ви можете легко замінити кручену пару на коаксіальний кабель і навпаки. Для великих сучасних локальних мереж, які повинні відповідати критеріям високої надійності та масштабованості, цілком підійдуть моноінтерфейсні мережеві адаптери з роз'ємом стандарту RJ-45, оскільки такі мережі відносяться, як правило, до класу 10BaseT і не використовують інші мережеві інтерфейси.

Мережеві адаптери ISA, PCI та USB

Інший критерій, за яким прийнято класифікувати мережеві карти, передбачає відмінність всіх існуючих на сучасному ринку адаптерів за простою ознакою - зокрема, порту, з якого мережна карта з'єднується з комп'ютером. Усього існує три найбільш поширені варіанти, і перший з них - це мережеві адаптери, що підключаються до материнської плати ПК через шину ISA (рисунок 7).

Малюнок 7 - Мережевий адаптер ISA

Основною відмінністю мережевих карт цього типу, що дозволяє визначити можливість її підключення до слота ISA, що називається, «на око», є подовжена нижня частина плати, на якій розташовані контакти для з'єднання з портом - контактний майданчик на мережевих адаптерах PCI помітно коротше. Карти ISA бувають як моноінтерфейсними, і комбінованими.

Мережеві адаптери даного класув даний час зустрічаються все рідше і рідше, оскільки більшість материнських плат сучасної конфігурації більше не підтримує шину ISA, що вважається «застарілою». Пов'язано це з деякими технічними характеристиками цього стандарту. Наприклад, пристрої ISA неможливо автоматично перерозподіляти апаратні переривання, унаслідок чого нерідко стають винуватцями конфліктів устаткування. Саме тому такі мережеві плати стоять зараз у магазинах дуже дешево - лише від п'яти до п'ятнадцяти доларів. З цієї ж причини, перш ніж купувати подібний мережевий адаптер, слід переконатися, що на материнській платі вашого комп'ютера є слот ISA.

Мережеві картиіншій категорії підключаються до шини PCI. Сьогодні вони найбільш поширені, оскільки слот PCI є на материнських платах всіх сучасних комп'ютерів (Малюнок 8). Як і мережеві карти ISA, адаптери PCI можуть бути обладнані роз'ємом RJ-45, або мати комбінований інтерфейс. До окремого класу можна віднести мережеві адаптери, що підключаються до шини USB (Universal Serial Bus, Рисунок 9). Такі мережеві адаптери реалізовані у вигляді зовнішнього пристрою, що приєднується до порту USB комп'ютера за допомогою спеціального кабелю і не потребують окремого живлення.

Практично всі вони орієнтовані використання в локальних мережах стандарту 10BaseT/100BaseT і обладнані роз'ємом RJ-45 для крученої пари.

Рисунок 8 - Мережевий адаптер PCI

Малюнок 9 - Мережний адаптер USB

Оскільки мережеві адаптери USBз'явилися у продажу відносно недавно, принаймні, у порівнянні з їхніми попередниками, що підтримують стандарти ISA та PCI, їх технічні характеристики виглядають набагато привабливішими. Дані пристрої практично не вимагають налаштування (за винятком необхідності встановлення відповідних драйверів) працюють досить швидко.

Розглядаючи різні типи мережевих карт, слід сказати кілька слів і про так звані інтегровані мережеві адаптери. Деякі сучасні моделі материнських плат, в основному, призначені для встановлення процесорів класу Intel Pentiumта AMD Athlon, мають вбудований мережевий адаптер стандарту 10BaseT/lOOBaseT. Відмінною особливістютаких плат є змонтований ними роз'єм RJ-45. Драйвери інтегрованого мережного адаптера зазвичай входять до комплекту постачання драйверів материнської плати. В принципі, ніщо не заважає користувачу вимкнути вбудований мережевий адаптер у налаштуваннях персонального комп'ютерата використовувати будь-яку іншу мережну картку, наприклад, пристрій PCI або USB.

Мережевий кабель

Одним з найважливіших компонентів будь-якої локальної мережі є мережевий кабель, за допомогою якого виконується прокладання комунікацій. У цьому розділі ми розглянемо два типи мережного кабелю, що використовується у локальних мережах класу 10Base2 та 10BaseT.

Коаксіальний мережевий кабель застосовується у локальних мережах класу 10Base2. Він має чотиришарову структуру: два шари коаксіального кабелю виконані з провідника, два – з діелектрика. Самий внутрішній шар - це провідна жила, через яку в локальній мережі передається несучий інформацію сигнал. Жила може бути представлена ​​у вигляді кількох сплетених тонких провідників, або у вигляді одного товстого мідного дроту, що є найпоширенішим варіантом. Жила покрита діелектричною плівкою, поверх якої розташований другий провідний шар - так званий екран, що захищає лінію від сторонніх перешкод. Екран виконаний у вигляді металевого дротяного обплетення, іноді крім обплетення внутрішній ізолюючий шар обернуть в металеву фольгу - такі кабелі називають кабелями з подвійною екранізацією. Зустрічаються і кабелі з екранною екранізацією: в них екран складається з двох шарів обплетення і двох шарів фольги, або з двох шарів фольги, обплетення і тонкої металевої сітки. Подібні кабелі мають велику товщину, мають високу жорсткість при згинах і застосовуються в основному в приміщеннях зі значним рівнем радіоелектронних перешкод. В електричній схемі монтажу мережних роз'ємів екран відіграє роль заземлення. Поверх екрана розташований останній, четвертий діелектричний шар, що забезпечує не тільки електромагнітний захисткабелю, але і його захист від зовнішніх фізичних ушкоджень(Малюнок 10).

Рисунок 10 - Коаксіальний мережевий кабель:

1-- центральний провід (провідна жила); 2 - ізолюючий шар центрального дроту; 3-- екрануючий шар («екран»); 4- захисна оболонка (зовнішній ізолятор)

Існує кілька різних типів коаксіального кабелю, що застосовується у локальних мережах класу 10Base2. Їх характеристики наведені у таблиці1.

Для локальних мереж використовується переважно тонкий коаксіальний кабель з хвильовим опором Z = 50 Ом, в табл. 4.1 цей тип кабелю представлений сімействами RG-58, RG-174, RG-178, і навіть кабелем вітчизняного виробництва РК-50. У випадку якщо ви маєте в своєму розпорядженні коаксіальний кабель з невідомим хвильовим опором, то ви можете виміряти точний діаметр внутрішньої провідної жили, діаметр екрануючого шару, знайти в довіднику значення діелектричної постійної для використовуваного в кабелі діелектрика і розрахувати величину хвильового опору за наступною формулою (рисунок 11):

Рисунок 11 - Розрахунок величини хвильового опору коаксіального кабелю де е - діелектрична постійна, d - діаметр центрального дроту, a D - внутрішній діаметр екрану

Таблиця 1 - Характеристики різних типів коаксіального кабелю

Марка кабелю	Хвильове Опір			максимальне Ефективне Напруга	Коефіцієнт згасання,	Матеріал*

* ПЕ - поліетилен; ППЕ - пінополіетилен; М - мідний дріт; МЛ - мідний луджений дріт; МС - мідний срібний дріт

Кручена пара

Незважаючи на свою назву, мережевий кабель «кручена пара», що застосовується при побудові мереж 10BaseT, містить не одну, а чотири пари провідників, перевитих один щодо одного. Кожна пара також закручується щодо інших пар провідників (рис. 12).

Рисунок 12 - Кабель «вита пара»

У кожній із чотирьох пар провідників у даному типікабелю відрізняється «головний» провід, який за традицією, що йде ще з часів становлення телефонного зв'язку, називають «Ring», та «додатковий» провід, званий «Tip». Ізоляційне покриття дроту Ring має однотонне забарвлення, покриття дроту Tip - біле зі смужками основного кольору. Якщо, наприклад, Ring має зелений колір, то Tip у цій парі буде білим із зеленими смугами.

Для того щоб при монтажі та прокладанні комп'ютерних мереж було легше відрізняти одну пару провідників від іншої, дроти Ring кожної з чотирьох пар відфарбовані в власний колір, при цьому кожній парі для простоти призначений свій порядковий номер з 1 по 4. Таким чином, серед 8 проводів кабелю «вита пара» можна виділити провідники Ringl, Tipl, Ring2, Tip2, Ring3, Tip3 і Ring4, Tip4. Відповідності кольорів провідників номерам пар у кабелі «кручена пара» наведені в таблиці 2.

Таблиця 2 – Номери пар провідників у кабелі «вита пара»

Виходячи з цієї таблиці, легко можна зрозуміти, що якщо в технічній документації заходить мова про дроти Tip4, то це буде білий провід з коричневими смугами, якщо згадується, скажімо, провід Ring2, цей провід має помаранчеве забарвлення. Тепер у разі потреби ми легко відшукаємо потрібний провідник, знявши частину ізоляційного покриття кабелю «вита пара».

Виходячи з функціональних характеристик, таких як пропускна здатність та стійкість до перешкод, різні марки кабелю «вита пара» прийнято ділити на кілька категорій, інформація про які відповідно до міжнародних стандартів ISO/IEC 11801 та ANSI/EIA/TIA-568 наведена в Таблиці 3.

	Характеристики та призначення
	Застосовується при прокладанні телефонних ліній, що не підходить для передачі даних у локальних комп'ютерних мережах
	Придатний передачі даних у комп'ютерних мережах зі швидкістю трохи більше 4 Мбіт/с
	Придатний передачі даних у комп'ютерних мережах зі швидкістю трохи більше 10 Мбіт/с. Використовується для прокладання мереж класу 10BaseT
	Придатний передачі даних у комп'ютерних мережах зі швидкістю трохи більше 16 Мбіт/с. Використовується для прокладання мереж класу TokenRing
	Придатний передачі даних у комп'ютерних мережах зі швидкістю трохи більше 100 Мбіт/с. Використовується при прокладанні мереж класу 10BaseT та 100BaseTX
	Придатний передачі даних у комп'ютерних мережах зі швидкістю трохи більше 100 Мбіт/с і частотою до 300 МГц включно. Використовується при прокладанні мереж класу 10BaseT та 100BaseTX
	Придатний передачі даних у комп'ютерних мережах зі швидкістю трохи більше 100 Мбіт/с і частотою до 600 МГц включно. Використовується при прокладанні мереж класу 10BaseT та 100BaseTX

Таблиця 4 - AWG

	Діаметр провідника, мм		Діаметр провідника, мм

Категорія, до якої належить той або інший кабель «кручена пара», зазвичай вказана в його маркуванні, яка друкується заводським способом на зовнішній ізоляції кабелю. Діаметр дроту «кручена пара» прийнято обчислювати відповідно до американського стандарту AWG (American Wide Gauge), причому чим менше діаметр, тим більша величина AWG. Відповідність значень AWG діаметру провідника в міліметрах показано у таблиці 4.

У локальних мережах 10BaseT застосовується, як правило, кабель «кручена пара» категорії 5 або 5+, діаметром провідника 22 або 24 AWG. У деяких ситуаціях, наприклад, коли локальна мережа прокладається в приміщеннях з високим рівнем електромагнітних перешкод, або потрібно підвищити точність передачі інформації за рахунок зниження перехресних наведень в кабелі, використовується екранована «кручена пара». Як правило, екран виконується із металевої фольги. При цьому існує кілька різних варіантів екранування: фольгою може бути обгорнута кожна з чотирьох пар, плюс вони захищені зверху додатковим шаром фольги, розташованим під зовнішньою ізоляцією (кабель марки STP), або всередині кабелю передбачений один загальний для всіх пар екран (кабель марки FTP ).

Концентратори, або хаби, є центральною ланкою в локальних мережах класів 10BaseT та 100BaseT, що мають топологію «зірка». Фактично хаб є мультипортовий репітер, тобто його основне функціональне завдання входить отримання даних від підключених до портів концентратора комп'ютерів чи інших хабів, реформування сигналу одночасно з його посиленням, і його подальша ретрансляція інші порти. Крім роз'ємів RJ-45 для мереж 10BaseT багато концентраторів мають також порти BNC, що дозволяє підключати до них сегменти 10Base2 або використовувати коаксіальний кабель як магістральний, послідовно з'єднуючи кілька хабів у ланцюжок. Як правило, один із роз'ємів RJ-45 концентратора має розведення, що дозволяє приєднувати його до інших хаб: таке «багатоповерхове» підключення концентраторів один до одного прийнято називати терміном каскадування. Цей порт зазвичай позначається написами "In", "Uplink", "Cascading" або "Cross-Over". У деяких випадках поруч із таким портом є перемикач MDI/MDI-X, що дозволяє при необхідності включати порт або в звичайний режим, або в режим каскадування. Якщо порт не оснащений перемикачем, але до нього потрібно підключити ще один комп'ютер (наприклад, якщо всі інші порти зайняті), для цього можна використовувати кабель "cross-over", який зазвичай використовується для з'єднання двох комп'ютерів за принципом "точка-точка" ». Існує безліч різних моделей концентраторів: всі вони різняться кількістю портів, пропускною здатністю та іншими технічними характеристиками. Найдешевші варіанти для малих локальних мереж коштують лише кілька десятків доларів, тоді як більш досконалі концентратори можуть коштувати вам кілька сотень доларів США.

Малюнок 13 - Концентратор

Модель взаємозв'язку відкритих систем

Топологія мереж

При фізичному з'єднанні двох або більше комп'ютерів утворюється комп'ютерна мережа. У випадку, для створення комп'ютерних мереж необхідне спеціальне апаратне забезпечення - мережне обладнання та спеціальне програмне забезпечення - мережеві програмні засоби.

Вже зараз є сфери людської діяльності, які принципово не можуть існувати без мереж (наприклад робота банків, великих бібліотек тощо). Мережі також використовуються при керуванні великими автоматизованими виробництвами, газопроводами, електростанціями тощо. фізичні канали, які зазвичай називаються середовищем передачі.

Призначення всіх видів комп'ютерних мереж визначається двома функціями:

· Забезпечення спільного використання апаратних та програмних ресурсів мережі;

· Забезпечення спільного доступу до ресурсів даних.

Наприклад, всі учасники локальної мережі можуть спільно використовувати один спільний пристрій друку – мережевий принтер або, наприклад, ресурси жорстких дисківодного виділеного комп'ютера – файлового сервера. Аналогічно можна спільно використовувати програмне забезпечення. Якщо у мережі є спеціальний комп'ютер, виділений для спільного використання учасниками мережі, він називається файловим сервером.

Групи співробітників, що працюють над одним проектом у межах локальної мережі, називаються робочими групами. У межах однієї локальної мережі можуть працювати кілька робочих груп. Учасники робочих груп можуть мати різні права для доступу до загальним ресурсаммережі. Сукупність прийомів поділу та обмеження прав учасників комп'ютерної мережіназивається політикою мережі. Управління мережевими політиками називається адмініструванням мережі. Особа, яка управляє організацією роботи учасників локальної комп'ютерної мережі, називається системним адміністратором

1.1. Основні характеристики та класифікація комп'ютерних мереж

За територіальною поширеністюмережі можуть бути локальними, глобальними та регіональними.

Локальна мережа(LAN - Local Area Network) - мережу у межах підприємства, установи, однієї організації.

Регіональна мережа(MAN – Metropolitan Area Network) – мережа в межах міста або області.

Глобальна мережа(WAN - Wide Area Network) – мережа біля держави чи групи держав.

За швидкістю передачі інформаціїкомп'ютерні мережі діляться на низько-, середньо- та високошвидкісні:

· низькошвидкіснімережі – до 10 Мбіт/с;

· середньошвидкіснімережі-до 100 Мбіт/с;

· високошвидкіснімережі – понад 100 Мбіт/с.

За типом середовища передачі мережі поділяються на:

· провідні(на коаксіальному кабелі, на кручений парі, оптоволоконні);

· бездротовіз передачею інформації з радіоканалів або в інфрачервоному діапазоні.

За способом організації взаємодії комп'ютерів мережі ділять на одноранговіі з виділеним сервером (ієрархічнімережі).

Усі комп'ютери однорангової мережі рівноправні. Будь-який користувач мережі може отримати доступ до даних, що зберігаються на будь-якому комп'ютері.

Головна перевага однорангових мереж – це простота встановлення та експлуатації. Головний недолік полягає в тому, що в умовах однорангових мереж утруднено вирішення питань захисту інформації. Тому такий спосіб організації мережі використовується для мереж з невеликою кількістю комп'ютерів і там, де питання захисту не є принциповим.

В ієрархічній мережі при установці мережі заздалегідь виділяються один або кілька серверів- комп'ютерів, що управляють обміном даних через мережу та розподілом ресурсів. Будь-який комп'ютер, який має доступ до послуг сервера клієнтом мережіабо робочою станцією.

Сервер в ієрархічних мережах - це постійне сховище ресурсів, що розділяються. Сам сервер може бути клієнтом лише сервера вищого рівня ієрархії. Сервери зазвичай є високопродуктивними комп'ютерами, можливо, з кількома паралельно працюючими процесорами, вінчестерами великої ємності і високошвидкісною мережевою картою.

Ієрархічна модель мережі є найкращою, оскільки дозволяє створити найбільш стійку структуру мережі та більш раціонально розподілити ресурси. Також перевагою ієрархічної мережі є високий рівень захисту даних. До недоліків ієрархічної мережі, порівняно з одноранговими мережами, належать:

1. Необхідність додаткової ОС для сервера.

2. Вища складність установки та модернізації мережі.

3. Необхідність виділення окремого комп'ютера як сервер

За технологією використання серверарозрізняють мережі з архітектурою файл-серверта мережі з архітектурою клієнт-сервер. У першій моделі використовується файловий сервер, на якому зберігається більшість програм та даних. На вимогу користувача йому надсилаються необхідна програмата дані. Обробка інформації виконується на робочій станції.

У системах з архітектурою клієнт-сервер обмін даними здійснюється між додатком-клієнтом та додатком-сервером. Зберігання даних та їх обробка проводиться на потужному сервері, який виконує також контроль за доступом до ресурсів та даних. Робоча станція отримує лише результати запиту.

До основних характеристик мереж відносяться:

Пропускна здатність– максимальний обсяг даних, які передаються мережею в одиницю часу. Пропускна здатність вимірюється в Мбіт/с.

Час реакції мережі- час, що витрачається програмним забезпеченням та пристроями мережі на підготовку до передачі інформації по цьому каналу. Час реакції мережі вимірюється мілісекундами.

1.2. Топологія мереж

Топологією мережі називається фізичну чи електричну конфігурацію кабельної системи та з'єднань мережі.У топології мереж застосовують кілька спеціалізованих термінів:

· Вузол мережі - комп'ютер, або комутуючий пристрій мережі;

· Гілка мережі - шлях, що з'єднує два суміжні вузли;

· Кінцевий вузол - вузол, розташований в кінці лише однієї гілки;

· Проміжний вузол - вузол, розташований на кінцях більш ніж однієї гілки;

· суміжні вузли - вузли, з'єднані принаймні одним шляхом, що не містить жодних інших вузлів.

Існує всього 5 основних типів топології мереж:

1. Топологія "Загальна Шина".У цьому випадку підключення та обмін даними здійснюється через загальний канал зв'язку, званий загальною шиною:

Загальна шина дуже поширеною топологією для локальних мереж. Інформація, що передається, може поширюватися в обидві сторони. Застосування загальної шини знижує вартість проведення та уніфікує підключення різних модулів. Основними перевагами такої схеми є дешевизна та простота розведення кабелю за приміщеннями. Найсерйозніший недолік загальної шини полягає в її низькій надійності: будь-який дефект кабелю або якогось із численних роз'ємів повністю паралізує всю мережу. Іншим недоліком загальної шини є її невисока продуктивність, тому що при такому способі підключення в кожний момент часу лише один комп'ютер може передавати дані до мережі. Тому пропускна здатність каналу зв'язку завжди ділиться між усіма вузлами мережі.

2. Топологія "Зірка".У цьому випадку кожен комп'ютер під'єднується окремим кабелем до спільного пристрою. концентратором, що знаходиться в центрі мережі:

У функції концентратора входить напрямок переданої комп'ютером інформації одному чи всім іншим комп'ютерам мережі. Головна перевага цієї топології перед загальною шиною – суттєво велика надійність. Будь-які неприємності з кабелем стосуються лише комп'ютера, якого цей кабель приєднаний, і лише несправність концентратора може вивести з ладу всю мережу. Крім того, концентратор може відігравати роль інтелектуального фільтра інформації, що надходить від вузлів у мережу, та при необхідності блокувати заборонені адміністратором передачі.

До недоліків топології типу зірка належить більш висока вартість мережевого обладнання через необхідність придбання концентратора. Крім того, можливості нарощування кількості вузлів в мережі обмежуються кількістю портів концентратора. Нині ієрархічна зірка є найпоширенішим типом топології зв'язків як і локальних, і глобальних мережах.

3. Топологія "Кільце".У мережах з кільцевою топологією дані в мережі передаються послідовно від однієї станції до іншої по кільцю, як правило, в одному напрямку:

Якщо комп'ютер розпізнає дані як призначені йому, він копіює їх у внутрішній буфер. У мережі з кільцевою топологією необхідно вживати спеціальних заходів, щоб у разі виходу з ладу або відключення будь-якої станції не перервався канал зв'язку між іншими станціями. Перевага даної топології – простота управління, недолік – можливість відмови всієї мережі при збої в каналі між двома вузлами.

4. Комірчаста топологія.Для осередкової топології характерна схема з'єднання комп'ютерів, при якій фізичні лінії зв'язку встановлені з усіма комп'ютерами, що стоять поруч:

У мережі з осередковою топологією безпосередньо зв'язуються ті комп'ютери, між якими відбувається інтенсивний обмін даними, а обміну даними між комп'ютерами, не з'єднаними прямими зв'язками, використовуються транзитні передачі через проміжні вузли. Комірчаста топологія допускає з'єднання великої кількості комп'ютерів і характерна, як правило, для глобальних мереж. Переваги цієї топології у її стійкості до відмов та перевантажень, т.к. є кілька способів обійти окремі вузли.

5. Змішана топологія.В той час як невеликі сітки, як правило, мають типову топологію – зірка, кільце або загальна шина, для великих мереж характерна наявність довільних зв'язків між комп'ютерами. У таких мережах можна виділити окремі довільні підмережі, що мають типову топологію, тому їх називають мережами зі змішаною топологією:

1.3. Модель взаємозв'язку відкритих систем

Основним завданням, яке вирішується при створенні комп'ютерних мереж, є забезпечення сумісності обладнання за електричними та механічними характеристиками та забезпечення сумісності інформаційного забезпечення (програм та даних) по системі кодування та формату даних. Вирішення цього завдання відноситься до галузі стандартизації і засноване на так званій моделі OSI(модель взаємодії відкритих систем – Model of Open System Interconnections). Модель OSI була створена на основі технічних пропозицій Міжнародного інституту стандартів ISO (International Standards Organization).

Відповідно до моделі OSI архітектуру комп'ютерних мереж слід розглядати різних рівнях (загальна кількість рівнів - до семи). Найвищий рівень – прикладний. На цьому рівні користувач взаємодіє з обчислювальною системою. Найнижчий рівень - фізичний. Він забезпечує обмін сигналами між пристроями. Обмін даними в системах зв'язку відбувається шляхом їх переміщення з верхнього рівня на нижній, потім транспортування та, нарешті, зворотним відтворенням на комп'ютері клієнта в результаті переміщення з нижнього рівня на верхній.

Для забезпечення необхідної сумісностіна кожному із семи можливих рівнів архітектури комп'ютерної мережі діють спеціальні стандарти, які називаються протоколами. Вони визначають характер апаратної взаємодії компонентів мережі ( апаратні протоколи) та характер взаємодії програм та даних ( програмні протоколи). Фізично функції підтримки протоколів виконують апаратні пристрої ( інтерфейси) та програмні засоби (програми підтримки протоколів). Програми, які підтримують протоколи, також називають протоколами.

Кожен рівень архітектури поділяється на дві частини:

Специфікацію послуг;

Специфікацію протоколу.

Специфікація послуг визначає, що робить рівень, а специфікація протоколу - як і це робить, причому кожен конкретний рівень може мати більше одного протоколу.

Розглянемо функції, що виконуються кожним рівнем програмного забезпечення:

1. Фізичний рівень здійснює з'єднання з фізичним каналом, так, від'єднання від каналу, керування каналом. Визначається швидкість передачі даних та топологія мережі.

2. Канальний рівеньдодає в масиви інформації, що передаються, допоміжні символи і контролює правильність даних, що передаються. Тут інформація, що передається, розбивається на кілька пакетів або кадрів. Кожен пакет містить адреси джерела та місця призначення та засоби виявлення помилок.

3. Мережевий рівеньвизначає маршрут передачі між мережами, забезпечує обробку помилок, а як і управління потоками даних. Основне завдання мережевого рівня – маршрутизація даних (передача даних між мережами).

4. Транспортний рівеньпов'язує нижні рівні (фізичний, канальний, мережевий) із верхніми рівнями, що реалізуються програмними засобами. Цей рівень поділяє засоби формування даних у мережі від засобів передачі. Тут здійснюється поділ інформації за певною довжиною та уточнюється адреса призначення.

5. Сеансовий рівеньздійснює управління сеансами зв'язку між двома взаємодіючими користувачами, визначає початок та закінчення сеансу зв'язку, час, тривалість та режим сеансу зв'язку, точки синхронізації для проміжного контролю та відновлення при передачі даних; відновлює з'єднання після помилок під час сеансу без втрати даних.

6. Представницький- керує поданням даних у необхідній для програми користувача формі, виробляє компресію та декомпресію даних. Завданням цього рівня є перетворення даних під час передачі в формат, який використовується в інформаційній системі. При прийомі даних даний рівеньпредставлення даних виконує зворотне перетворення.

7. Прикладнийрівень взаємодіє з прикладними мережевими програмами, що обслуговують файли, а також виконує обчислювальні, інформаційно-пошукові роботи, логічні перетворення інформації, передачу поштових повідомлень тощо. Головне завдання цього рівня – забезпечити зручний інтерфейсдля користувача.

На різних рівнях обмін відбувається різними одиницями інформації: біти, кадри, пакети, сеансові повідомлення, повідомлення користувача.

1.4. мережеве обладнання

Основними компонентами мережі є робочі станції, сервери, передавальні середовища (кабелі) та мережеве обладнання.

Робочими станціяминазиваються комп'ютери мережі, у яких користувачами мережі реалізуються прикладні завдання.

Сервери мережі- це апаратно-програмні системи, що виконують функції керування розподілом мережевих ресурсівзагального доступу. Сервером може бути будь-який підключений до мережі комп'ютер, де знаходяться ресурси, використовувані іншими пристроями локальної мережі. Як апаратна частина сервера використовується досить потужні комп'ютери.

Мережі можна створювати з будь-яким типом кабелю.

1. Віта пара (TP- Twisted Pair) - це кабель, виконаний у вигляді скрученої пари дротів. Він може бути екранованим та неекранованим. Екранований кабель стійкіший до електромагнітних перешкод. Віта пара найкраще підходить для малих установ. Недоліками даного кабелює високий коефіцієнт загасання сигналу і висока чутливість до електромагнітних перешкод, тому максимальна відстань між активними пристроями ЛВС при використанні крученої пари має бути не більше 100 метрів.

2. Коаксіальний кабельскладається з одного цільного або крученого центрального провідника, який оточений шаром діелектрика. Провідний шар алюмінієвої фольги, металевого обплетення або їх комбінації оточує діелектрик і служить одночасно як екран проти наведень. Загальний ізолюючий шар утворює зовнішню оболонку кабелю.

Коаксіальний кабель може використовуватися у двох різних системах передачі даних: без модуляції сигналу та з модуляцією. У першому випадку цифровий сигнал використовується в такому вигляді, в якому він надходить з ПК і відразу ж передається кабелем на приймальну станцію. Він має один канал передачі зі швидкістю до 10 Мбіт/сек і максимальний радіус дії 4000 м. У другому випадку цифровий сигнал перетворюють на аналоговий і направляють його на приймальну станцію, де він знову перетворюється на цифровий. Операція перетворення сигналу виконується модемом; кожна станція має мати свій модем. Цей спосіб передачі є багатоканальним (забезпечує передачу по десятках каналів, використовуючи для цього лише один кабель). У такий спосіб можна передавати звуки, відеосигнали та інші дані. Довжина кабелю може досягати 50 км.

3. Оптоволоконний кабельє більш новою технологією, що використовується в мережах. Носієм інформації є світловий промінь, який модулюється мережею і набуває форми сигналу. Така система стійка до зовнішніх електричних перешкод і таким чином можлива дуже швидка, секретна та безпомилкова передача даних зі швидкістю до 2 Гбіт/с. Кількість каналів у таких кабелях величезна. Передача даних виконується тільки в симплексному режимі, тому для організації обміну даними пристрою необхідно з'єднувати двома оптичними волокнами (на практиці оптоволоконний кабель завжди має парне, парне кількість волокон). До недоліків оптоволоконного кабелю можна віднести велику вартість, а також складність приєднання.

4. Радіохвилів мікрохвильовому діапазоні використовуються як передавальне середовище в бездротових локальних мережах, або між мостами або шлюзами для зв'язку між локальними мережами. У першому випадку максимальна відстань між станціями становить 200 – 300 м, у другому – це відстань прямої видимості. Швидкість передачі - до 2 Мбіт/с.

Бездротові локальні мережі вважаються перспективним напрямом розвитку ЛЗ. Їхня перевага - простота та мобільність. Також зникають проблеми, пов'язані з прокладанням та монтажем кабельних з'єднань – достатньо встановити інтерфейсні плати на робочі станції, і мережа готова до роботи.

Вирізняють такі види мережного устаткування.

1. Мережеві карти– це контролери, що підключаються до слотів розширення материнської плати комп'ютера, призначені для передачі сигналів у мережу та прийому сигналів з мережі.

2. Термінатори- це резистори номіналом 50 Ом, які виробляють загасання сигналу на кінцях сегмента мережі.

3. Концентратори (Hub) - це центральні пристрої кабельної системи або мережі фізичної топології "зірка", які при отриманні пакета на один зі своїх портів пересилає його на решту. В результаті виходить мережа з логічною структурою загальної шини. Розрізняють концентратори активні та пасивні. Активні концентратори посилюють отримані сигнали та передають їх. Пасивні концентратори пропускають через себе сигнал, не підсилюючи та не відновлюючи його.

4. Повторювачі (Repeater)- пристрої мережі, посилює і заново формує вхідного аналогового сигналу мережі на відстань іншого сегмента. Повторювач діє електричному рівні для з'єднання двох сегментів. Повторювачі нічого не розпізнають мережеві адреси і тому не можуть використовуватися для зменшення трафіку.

5. Комутатори (Switch) - керовані програмним забезпеченням центральні пристрої кабельної системи, що скорочують мережевий трафік за рахунок того, що пакет, що прийшов, аналізується для з'ясування адреси його одержувача і відповідно передається тільки йому.

Використання комутаторів є дорожчим, але й продуктивним рішенням. Комутатор зазвичай значно складніший пристрій і може обслуговувати одночасно кілька запитів. Якщо з якоїсь причини потрібний порт в даний момент зайнятий, то пакет поміщається в буферну пам'ять комутатора, де і чекає своєї черги. Побудовані за допомогою комутаторів мережі можуть охоплювати кілька сотень машин і мати довжину кілька кілометрів.

6. Маршрутизатори (Router)- стандартні пристрої мережі, що працюють на мережному рівні і що дозволяє переадресовувати та маршрутизувати пакети з однієї мережі в іншу, а також фільтрувати широкомовні повідомлення.

7. Мости (Bridge)- пристрої мережі, яке з'єднують два окремих сегменти, обмежені своєю фізичною довжиною, і передають трафік між ними. Мости також посилюють та конвертують сигнали для кабелю іншого типу. Це дозволяє розширити максимальний розмір мережі, одночасно не порушуючи обмеження на максимальну довжину кабелю, кількість підключених пристроїв або кількість повторювачів на мережевий сегмент.

8. Шлюзи (Gateway) - програмно-апаратні комплекси, що з'єднують різноманітні мережі або мережеві пристрої. Шлюзи дозволяє вирішувати проблеми розходження протоколів чи систем адресації. Вони діє на сеансовому, представницькому та прикладному рівнях моделі OSI.

9. Мультиплексори– це пристрої центрального офісу, які підтримують кілька сотень цифрових абонентських ліній. Мультиплексори посилають і отримують абонентські дані телефонними лініями, концентруючи весь трафік в одному високошвидкісному каналі для передачі в Internet або в мережу компанії.

10. Міжмережеві екрани (firewall, брандмауери)- це мережеві пристрої, що реалізують контроль над інформацією, що надходить у локальну мережу і виходить з неї і забезпечують захист локальної мережі за допомогою фільтрації інформації. Більшість міжмережевих екранів побудовано на класичних моделях розмежування доступу, згідно з якими суб'єкту (користувачеві, програмі, процесу або мережному пакету) дозволяється або забороняється доступ до будь-якого об'єкта (файлу або вузла мережі) при пред'явленні деякого унікального, властивого тільки цьому суб'єкту елемента. Найчастіше цим елементом є пароль. В інших випадках таким унікальним елементом є мікропроцесорні картки, біометричні характеристики користувача тощо. Для мережного пакета таким елементом є адреси або прапори, що знаходяться в заголовку пакета, а також деякі інші параметри. Таким чином, міжмережевий екран – це програмний та/або апаратний бар'єр між двома мережами, що дозволяє встановлювати лише авторизовані міжмережеві з'єднання. Зазвичай міжмережеві екрани захищають, що з'єднується з Internet корпоративну мережувід проникнення ззовні та виключає можливість доступу до конфіденційної інформації.

В «Експоцентрі» можна відвідати безліч виставок. У тому числі й виставка «Зв'язок», де буде розказано про найрізноманітніші телекомунікаційні технології та мережі. Крім того, можна буде знайти активне та пасивне мережеве обладнання, Розібратися, в чому між ними різниця і для чого воно необхідне.

Зрештою, це корисно для кожного з нас, адже ми живемо серед цього та активно користуємося всіма технологіями, але лише приблизно уявляємо, як усе працює.

Що таке мережеве обладнання?

До цього обладнання відноситься все, що використовується для передачі різноманітних сигналів між пристроями або для їх викиду в мережу.

Все обладнання ділиться на величезні групи, кожна з яких несе певну мету і стабільно її виконує. Деталі та певні моделі можуть удосконалюватися з кожним роком, але принцип залишається довго незмінним.

Зараз цей список груп виглядає приблизно так:

• Системи комутації. А саме всі моменти та деталі, які відповідають за з'єднання двох абонентів.


• Системи супутникового зв'язку, канали через супутник, які забезпечують якісний зв'язок по всьому світу.


• Абонентське телекомунікаційне обладнання, тобто особисте обладнання кожного користувача, лінія, закріплена за ним.


• Устаткування передачі даних.

Усе це одночасно використовується кожним сучасним людиною, інколи ж навіть у кількох різноманітних видах. Ми не можемо уявити своє життя без подібних особливостей, хочемо, щоб можна було легко спілкуватися, отримувати інформацію та самому передавати її.

Різноманітність мережного обладнання

Вся різноманітність активного та пасивного мережного обладнання зводиться до трьох різноманітних варіантів.

Насамперед це міські телефони, які вже практично відійшли в минуле, але телефонія продовжує існувати і деякими дуже активно використовується.

Другим моментом стає мобільний зв'язок. Подібні невеликі телефони зараз є навіть у дітей, і активне та пасивне обладнання дозволяє кожному миттєво з'єднатися з співрозмовником.

Також активно зараз використовується інтернет, який і є самою популярною мережеюзараз для спілкування, а також отримання інформації.

Самого обладнання ж безліч залежно від конкретної техніки. Однак усе воно підрозділяється на активне та пасивне мережеве обладнання, і ці дві групи відрізняються одна від одної.

Активне обладнання

Серед величезної кількості техніки до активного обладнання відносять комутатори, концентратори, адаптери, маршрутизатори, принт-сервери та багато іншого. Пасивне ж є розетки, різноманітні кабелі, конектори і подібні предмети.

Варто зазначити, що саме активне забезпечує передачу даних, чи то спілкування, чи просто перегляд новин, незалежно від каналу та техніки, яка для цього використовується, комп'ютер чи телефон.

Активне мережеве обладнання відповідає за те, щоб вся інформація була сортована в пакети, а також усі пакети суворо поділялися потрібними каналами. Через величезне навантаження подібні технології повинні вміти самостійно за необхідності створювати канал.

До речі, щоб захистити техніку користувача від поломок, ці різноманітні пристрої забезпечують розподіл навантаження при отриманні та відправлення пакетів.

Пасивне мережеве обладнання являє собою трасу та тракт, а саме це – кабелі та розетки відповідно. І те, й інше обладнання забезпечує з'єднання, але різними способамиоднак один вид без іншого просто не міг би існувати.

Сучасне активне та пасивне мережеве обладнання демонструється на щорічній виставці «ЗВ'ЯЗОК».