Средства телекоммуникаций. Локальные вычислительные сети. Территориально-распределенные и глобальные сети

Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики Кафедра вычислительной техники

Разделыдисциплины

1.  Общие принципы организации вычислительных сетей

2.  Средства телекоммуникаций

3.  Локальные вычислительные сети

4.  Территориально-распределенные и глобальные сети

5.  Глобальная сеть Интернет

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                                                                     1

Раздел 3

ЛОКАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ (ЛВС)

3.1. Принципы организации ЛВС

3.1.1. Характерные особенности ЛВС

3.1.2. Возможности, предоставляемые пользователям ЛВС

3.1.3. Достоинства ЛВС

3.1.4. Состав ЛВС

3.1.5. Сетевые адаптеры

3.1.6. Топологии ЛВС

3.1.7. Архитектуры ЛВС

3.1.8. Проблема коротких расстояний в ЛВС

3.1.9. Методы управления доступом в ЛВС

3.2. ЛВС Ethernet

3.2.1. Топологии ЛВС Ethernet

3.2.2. Стандарты ЛВС Ethernet

3.2.3. Стандарты физического уровня

3.2.4. Протокол CSMA/CD

3.2.5. Достоинства и недостатки сети Ethernet

3.2.6. Высокоскоростные технологии Ethernet

3.2.7. Gigabit Ethernet

3.2.8. 10Gigabit Ethernet

3.3.  ЛВС Token Ring

3.3.1. Структурная организация Token Ring

3.3.2. Функциональная организация Token Ring

3.3.3. Форматы кадров

3.4. ЛВС FDDI

3.4.1. Структурная организация сети FDDI

3.4.2. Функциональная организация FDDI

3.4.3. Общая характеристика FDDI

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                                                                     2

3.1. Принципы организации ЛВС

3.1.1. Характерные особенности ЛВС

1.  Территориальный охват - от нескольких десятков метров до нескольких километров. Оборудование, подключаемое к ЛВС, может находиться в одном или нескольких соседних зданиях.

2.  Соединяет обычно персональные компьютерыи другое электронное офисное оборудование, позволяя пользователям обмениваться информацией и совместно использовать ресурсы, например, принтеры, модемы и устройства для хранения данных.

3.  Интерфейс - последовательный.

4.  Отсутствует АПД, так как сигналы передаются в "естественной" цифровой форме.

5.  В качестве устройства сопряжения ЭВМ с сетью связи используется сетевой адаптер.

6.  Сравнительно простые топологии: "общая шина", "кольцо", "звезда".

7.  Отсутствует маршрутизация (3-й уровень модели OSI).

8.  ЛВС являются частными и не содержат арендованные каналы, однако могут иметь шлюзы в коммутируемые сети общего пользования или другие частные сети.

ПримерыЛВС: Ethernet, Token Ring, FDDI, Arcnet

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                                                                     3

3.1.

3.

СА

Принципы организации ЛВС 1.2. Состав ЛВС

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                                                                     4

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                                                                     5

3.1. Принципы организации ЛВС

3.1.5. Многосегментнаяорганизация ЛВС

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                                                                     6

3.1. Принципы организации ЛВС

3.1.6. Методы управления доступом в ЛВС ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"          7

3.2. ЛВС Ethernet

3.2.1. Общие сведения

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                                                                     8

3.2. ЛВС Ethernet

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                                                                     9

3.2. ЛВС Ethernet

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                                                                  10

3.2. ЛВС Ethernet

3.2.3. Канальный уровень

Типыкадров:

•Ethernet II (DIX);

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                                                                  11

3.2. ЛВС Ethernet

3.2.4. Протокол CSMA/CD

ДостоинстваЛВС Ethernet:

 К2-4    1. Простота установки.

2.  Хорошо известная и наиболее распространеннаятехнология ЛВС.

3.  Невысокая стоимость.

4.  Возможность использования различных типов кабеля.

1.  Передача данных                                    2.  Прием данных                                 НедостаткиЛВС Ethernet:

1. Снижение реальной скорости

1.  Прослушиваниедо начала передачи                    1. Просмотр поступающих кадров                   передачи данных.

2.  Задержка передачи, если канал занят                 (обнаружение фрагментов)              2. Трудности поиска

3.  Передача (96 bt) и  прослушивание неисправностей.

2. Проверка адресаполучателя коллизий; при возникновении коллизии:

а) фрагмент;                                                       3. Проверка целостности кадра:            ^Т

б) сигнал затора (32 бита);                                а) длина (1518 байт);

в) счетчик числа попыток: +1;                          б) контрольная сумма;

г) поздняя коллизия (64 байта).                           в) выровненность.

4.  Ожиданиеперед повторной передачей:

4. Обработка кадра

алгоритм отступления: 512 bt = 51,2 мкс;

T=51,2*N; Т=RAND(0; 2ⁿ); n = 1, 2, …, 10;

N_max = 2¹⁰ = 1024; T_max = 51,2*2¹⁰ = 52,4 мс .

5.  Повторная передачаили                  Кадр Eth     МКИ=96bt Кадр Eth      ^{0,3               0,7               1} прекращение работы (16 коллизий)                   ^{ЗагрузкаОШ}

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                                                                  12

3.2. ЛВС Ethernet

3.2.4,а. Производительность ЛВС. МногосегментныеЛВС

казате

липр

оизво

дител

ьности

 среды

 пере

дачи:

ускна я способ ность канала связи [

бит/с];

зная (

эффект ивная) проп

ускная сп особно сть КС

[бит/с]

;

ная (

фактич еская) проп

ускная спос обност ь кана ла

 (скорос

ть пе редачи данны х) [бит/

с];

ускна я способ ность среды переда чи [кад ров/c].

Расчет

пропу

скной

способ

ности

 среды

 пере

дачи:

миним ально й длины с пр еамбулой

:

L

T

Λ

макс

L

T

Λ

асчет

min =8

_min = 576

max =

Т имальн max =8

max =

min =

Т эффект

байт+

бит*

1

≅

min

ой длины

байт+

12208бит

1

≅ 813

max

ивной

64байта

0,1мкс+

14880кадров

с пр

1518байт

*0,1мкс кадров

 пропу

= 576 9,6мкс

/с.

еамбуло

=12208

+ 9,6

/с.

скной

бит;

= 67,2

й: бит;

мкс=1230

способ

мкс;

,4мкс

ности

;

 КС:

_min =14880

C

= min C

*46

= 0,

*8 = 5,

548.

48Мбит

/с;

С_max = k_max =

9,76

Cmax = C

Мбит/с;

0,976.

  _По                                                                                                         РасчетмногосегментныхЛВС «Ethernet»

•проп

•поле •реаль связи •проп

Кадр

Кадр

Р С

kmin

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                                                                  13

3.2. ЛВС Ethernet

3.2.5. Высокоскоростные технологии Ethernet (1)

Fast Ethernet           100VG-AnyLAN          Gigabit Ethernet                10Gigabit Ethernet 100Gigabit Ethernet

(IEEE 802.3u)                  (IEEE 802.12)  3^.2.5.(IEE¹E^{. Fas} 802.3z; abt ^E)the^rn(IE^etEE 802.3aе, 2002 г.)                          (2010 г.)

Методдоступа – CSMA/CD                                            3 варианта кабельных систем:

Диаметрсети – 200 м                                     • многомодовыйВОК (используется 2 волокна);

Структурасети – иерархическая древовидная,    • витая пара категории 5 (используется 2 пары); построенная на концентраторах                 • витая пара категории 3 (используется 4 пары).

МногосегментныеЛВС Fast Ethernet

Спецификациифизического уровня

Switch              Switch

100Base-ТX (2 пары UTP категории 5 или STP Type 1)

•  метод кодирования - 4В/5В и MLT-3; 100 м (TX, T4) • функция автопереговоров.        412 м (FX – п/дупл.)

2000 м (FX – дупл.)                                                                                                                                                …

100Base-FX (2 волокна многомодового ВОК)                             ^{(70 bt)}

•  метод кодирования - 4В/5В и NRZI П (класс I) 46 bt (TX, FX);               33.5 bt (T4)

100Base-Т4 (4 пары UTP категории 3, 4 или 5 )                                                          ^{П (класс II)                                     П (класс II)}

•  метод кодирования:       8B/6T;

•  длительность троичной цифры:        40 нс;

•  время передачи одного байта:           240 нс (6*40 нс);            ^{…                 до 5 м}

•  скорость передачи:        33,3 Мбит/с *3=100 Мбит/с;            ^{…                 …}

•  скорость изменения сигнала:            1/40 нс = 25 Мбод.         100-160 м   Доменколлизий

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                              14

3.2. ЛВС Ethernet

3.2.5. Высокоскоростные технологии Ethernet (2)

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                                                                  15

3.2. ЛВС Ethernet

3.2.5. Высокоскоростные технологии Ethernet (3)

Fast Ethernet           100VG-AnyLAN          Gigabit Ethernet                10Gigabit Ethernet 100Gigabit Ethernet

(IEEE 802.3u)                  (IEEE 802.12)            3.2^.5.(I³EE^{. G}E 802.i^gab3z; abit ^E) th^ern(IEE^etE 802.3aе, 2002 г.) (2010 г.)

Режим Burst Mode

8192 байта = 65536 бит

Особенноститехнологии Gigabit Ethernet:

•  сохранены все виды кадров Ethernet;

•  две версии протокола доступак среде:              Спецификациифизического уровня

¾ полудуплексная с методом доступа CDMA/CD;

IEEE 802.3z100Base-SX 100Base-LX ¾ дуплексная – с коммутаторами;

•  типы кабеля:  Физическая одно- и многомодовоый

¾ ВОК;          среда         ВОК

¾ витая пара категории 5;             Длинаволны                 850 нм       1300 нм

¾ коаксиальный кабель;                   Длина         до 500 м    5000 м

•  изменения на физическом уровне и на уровне МАС.        сегмента  (м/м ВОК)         (о/мВОК)

100 м (дупл.)                                                                                                                                          550 м

(м/м ВОК)

П+НК     АН      АИ      Т/Д        Данные        КС          Полерасширения

Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ab ) •витая пара категории 5 (4 пары):

4 х 250 Мбит/с = 1000 Мбит/с.;

• метод кодирования – РАМ-5

8          6          6         2          46-1500          4                     448-0         байт от 512 до 1518 байт

Диаметрсети – 200 м

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                              16

3.2. ЛВС Ethernet

3.2.5. Высокоскоростные технологии Ethernet (4)

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                                                                  17

3.3. ЛВС Token Ring

3.3.1. Общие сведения

•

Максимальное число станций в кольце – 256.

•

Максимальное расстояние между станциями:

™ 100 метров – UTP категории 4;

™ 150 метров – STP IBM тип 1;

™ 3000 метров – для многомодового ВОК.

•

До 8 колец (MSAU) могут объединяться мостами.

Пропускнаяспособность:

•4 Мбит/с (1980 г.)

•16 Мбит/с (1995 г.)

Топологии:

• «звезда»;

• «расширенное кольцо».

      IBM  (1985 г.)                    IEEE 802.5

3.3.2. Структурная организация Token Ring (1)

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                                                                  18

3.3. ЛВС Token Ring

3.3.2. Структурная организация Token Ring (2)

                                                                                     Кабельнаясистема:               MSAU:

•STP IBM Type 1;                    ¾активный;

•витая пара;                              ¾пассивный

•коаксиальный кабель.

Физическаятопология – «звезда» / «кольцо»;

логическая топология – «кольцо».

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                                                                  19

3.3. ЛВС Token Ring

3.3.3. Форматы кадров Token Ring

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                                                                  20

3.3. ЛВС Token Ring

3.3.4. Функциональная организация Token Ring

010

101

011

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                                                                  21

3.4. ЛВС FDDI

3.4.1. Общие сведения

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) – оптоволоконный интерфейс распределения данных

Пропускнаяспособность: 100 Мбит/с (200 Мбит/с)

Топология – «двойное кольцо».

‰

Высокая надежность.

‰

Гибкость реконфигурации.

‰

Высокая скоростьпередачи данных – 100 Мбит/с;

‰

Большие расстояниямежду станциями (для многомодового волокна – 2 км; для одномодового при использовании лазерных диодов – до 40 км; максимальная длина всей сети – 200 км).

3.4.2. Структурная организация FDDI

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                                                                  22

3.4. ЛВС FDDI

3.4.2. Структурная организация FDDI (2)

•адаптеры класса В (SAS – Single Attach Station).

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                                                                  23

3.4. ЛВС FDDI

3.4.3. Функциональная организация FDDI

Техническиехарактеристики FDDI Максимальное число станций в кольце – 500.

Максимальная протяженность сети – 100 км.

Среда передачи – ВОК (витая пара).

Расстояние между станциями:

2 км и 40 км – для много- и одномодового ВОК; 100 м – для UTP категории 5 и STP IBM тип 1.

АИ – адрес источника;

Данные – поле данных (длина не более 4500 байт);

КС – контрольная сумма типа CRC-32;

УК – управление кадром:                 C L FF TTTT, где C – признак синхронного или асинхронного обмена;

L – индикатор длины адреса (16 или 48 бит);

FF – тип кадра (MAC или LLC);

Достоинства:                                                                 TTTT - тип MAC-кадра;

   •высокая помехозащищенность;                                    СК – статус кадра – поле произвольной длины, содержащее биты:

•секретность передачи информации;                            "Обнаружена ошибка", "Адрес опознан" и "Данные скопированы".

•прекрасная гальваническая развязка;

Недостатки:

•высокая скорость передачи ;

•высокая стоимость по сравнению с другими технологиями ЛВС;

•большие расстояния и количество абонентов;

•сложная в эксплуатации из-за наличия ВОК.

•гарантированное время доступа к сети.

ВТИТМО: "Сети ЭВМ и ТК"                                                                  24

3.5. Беспроводн 3.5.1. Общие принципы пост

Преимуществабеспроводных ЛВС (БЛВС) по сравнению с проводными:

¾проще и дешевле разворачивать и модифицировать; ¾мобильность