Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей» Раздел 2. Архитектура и стандартизация сетей передачи данных. Модель открытых систем OSI. - презентация

1 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей» Раздел 2. Архитектура и стандартизация сетей передачи данных. Модель открытых систем OSI. Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые адаптеры. Межсетевые соединительные средства. Концентратор, повторитель.

2 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые адаптеры. Межсетевые соединительные средства. 2 Сетевыми адаптеры вместе с концентраторами, а также кабельной системой представляют тот минимум обору- дования, с помощью которого можно создать локальную сеть с разделяемой средой. Но такая сеть в силу физических явлений и функциональных причин– ограничена ПЭВМ. Для расширения сети, соединения разных сетей в одну корпоративную сеть, применяют коммутаторы, мосты и маршрутизаторы, используя при этом, различные физические среды доступа: кабель витая пара, коаксиальный кабель, оптоволокно, беспроводные технологии.

3 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые адаптеры Сетевая карта Ethernet (Fast Ethernet). Самая распространенная сетевая карта. Использование протокола Ethernet позволяет карте работать на скорос-ти 10 Мбит/с а протокола Fast Ethernet Мбит/с. 2. Сетевая карта Token Ring (High Speed Token Ring) Использование протокола Token Ring позволяет карте работать на скоростях 4 и 16 Мбит/с. а протокола High Speed Token Ring - на скоростях 100 и 155 Мбит/с. 3. Сет-я карта FDDI (Fiber Distributed Data Interface) Используется в оптоволоконных сетях. Протокол FDDI работает на скорости 100 Мбит/с и исторически, часто на магистральных сетях передачи данных, когда скорости других протоколов ограничивались Mb/s.

4 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые адаптеры. 4 Сетевая карта или сетевой адаптер - это плата расширения, вставляемая в разъем материнской платы (main board) компьютера. Также существуют сетевые адаптеры стандарта PCMCIA для ноутбуков (notebook), они вставляются в специальный разъем в корпусе ноутбука. Или интегрированные на материнской плате компьютера. Появились Ethernet сетевые карты подключаемые к USB (Universal Serial Bus) порту компьютере.

5 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые адаптеры. 5 Сетевые карты характеризуются своей 1.Разрядностью: 8 бит (самые старые), 16, 32 и 64 бита 2.Шиной данных, по которой идет обмен информацией между материнской платой и сетевой картой: ISA, EISA, VL-Bus, PCI, PCI-X, PCI -Express и др. 3.Микросхемой контроллера или чипом (Chip, chipset), определяющий тип используемого совместимого драйвера и все остальное : разрядность, тип шины и т.д. 4.Средой передачи данных (network media), т.е. установленными на карте разъемами для подключения к определенному сетевому кабелю. BNC на коаксиальном кабеле, RJ-45 для сетей на витой паре или разъемы для подключения к волоконной оптике. 5.Скоростью работы: Ethernet 10Mbit и/или Fast Ethernet 100Mbit, Gigabit Ethernet 1000Base-Т. 6.MAC- адресом.

6 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые адаптеры. 6 Сетевая карта комбинированная RJ45, шина ISA 1 - Разъем под витую пару (RJ-45) 2 - Разъем для коаксиального провода (BNC) 3 - Шина данных ISA 4 - Панелька под микросхему BootrOM 5 - Микросхема контроллера платы (Chip или Chipset)

7 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые адаптеры. 7 Сетевые карты PCI UTP rJ Шина данных PCI 4 - Панелька под микросхему BootrOM 5 - Микросхема контроллера платы (Chip или Chipset) 1 - Разъем под витую пару (RJ-45)

8 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые адаптеры. 8 Сетевые карты PCI UTP rJ-45 Установка сетевой карты ISA Разъем PCI Разъем

9 9 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые кабели Сетевая карта PCI D-Link DGE-528T 10/100/1000 Mbit

10 10 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые кабели Стандарты PCI D-Link DGE-528T 10/100/ IEEE BASE-T Ethernet 2.IEEE 802.3u 100BASE-TX Fast Ethernet 3. IEEE 802.3ab 1000BASE-T Gigabit Ethernet 4. Автосогласование ANSI/IEEE NWay 5. Спецификации PCI local bus 2.1, Поддержка универсальной шины 3.3В, 5В 7.Управление потоком IEEE 802.3x 8.IEEE 802.1Q VLAN на основе меток 9.Поддержка очередей приоритетов IEEE 802.1р

11 11 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые кабели Сетевой адаптер PCI D-Link DGE-528T 10/100/1000 Mbit для шины PCI – высокопроизводительный PCI- адаптер Gigabit Ethernet с медным портом 10/100/1000Mбит/с для настольных компьютеров. Этот адаптер позволяет подключить ПК к рабочим станциям Gigabit Ethernet или серверам, работающим на скорости 2000Мбит/с в режиме полного дуплекса, с использованием существующей кабельной системы на основе UTP Cat 5, не требуя прокладки новых, дорогих оптических кабелей.

12 12 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые кабели Адаптер поддерживает: 1. авто определение скоростей 10/100/1000Mбит/с и полу/полнодуплексного режима работы. 2.VLAN -Компьютер может быть частью виртуальной сети VLAN, изолиро-- ванной от остальной сети для повышения безопасности и производительности. 3. Wake-On-LAN для управления питанием Wake-On-LAN (WOL) – это функция Advanced Configuration Power Interface (ACPI), позволяющая удаленно включать питание выключенного компьютера. С помощью этой функции можно посылать сигналы «wake-up», приводящие компьютер в активное состояние. 4.Управлять потоком для минимизации потери пакетов. Адаптер поддерживает функцию управления потоком и независимую очередь FIFO, обеспечивая средства защиты данных во время их передачи по сети. При подключении к гигабитному коммутатору, поддерживающему управление потоком, адаптер, во время пиковых нагрузок, получает от него сигналы о переполнении буфера. После этого адаптер задерживает передачу данных до тех пор, пока не получит сигнал от коммутатора, что он готов к приему данных.

13 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые адаптеры. 13 Адаптер D-Link DGE-528T

14 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые адаптеры. Межсетевые соединительные средства. 14

15 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые кабели 15 Сетевые кабели бывают трех основных типов: 1.Витая пара (экранированная и не экранированная) 2.Коаксиальный кабель (тонкий и толстый) 3.Оптоволоконный кабель (одномодовый, многомодовый).

16 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые кабели 16 Рис. Не экранированная витая пара

17 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые кабели 17 Рис. Экранированная витая пара.

18 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые кабели. 18 Категория Характеристика кабеля UTP cat. X 1- 2 Устаревшие стандарты кабелей. Передача голоса и низкоскоростных данных (до 20 Кбит/с). 3 Наиболее широко распространенный на западе кабель телефонной проводки. Передача голоса и данных. 4 Улучшенный вариант категории 3. Повышенная помехоустойчивость и низкие потери сигнала. На практике используются редко. 5 Основной тип кабеля, используемый в современных компьютерных системах. Большинство новых высокоскоростных протоколов ориентируются именно на витую пару пятой категории Выпускаются сравнительно недавно. Основное назначение поддержка высокоскоростных протоколов на отрезках кабеля большей длины, чем кабель категории 5. Кабель категории 7 по стоимости соизмерим с волоконно-оптическим кабелем, хотя характеристики волоконно-оптического кабеля выше. Поэтому ставится под сомнение целесообразность его применения.

19 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые кабели 19 Рис. Коаксиальный кабель (схема). Тонкий коаксиальный кабель Тонкий коаксиальный кабель RG- 58 (иногда называется CheaperNet или ThinNet) представляет собой медный провод, экранированный при помощи оплетки. Толщина кабеля 6 мм. Волновое сопротивление 50 Ом.

20 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые кабели. Сети, построенные на тонком кабеле Ethernet, имеют топологию "общая шина», т.е. все компьютеры в сегменте сети подключены к одному кабелю. Но при повреждении участка кабеля (обрыв, плохой контакт в Т- коннекторе или терминаторе) сеть полностью выходит из строя. Это снижает ее надежность, а также значительно затрудняет диагностику места возникновения неполадки. В связи с этим, перспективнее строить сети на основе кабеля "витая пара". Использование коаксиального кабеля считается устаревшей технологией, 20

21 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые кабели. Толстый коаксиальный кабель Толстый коаксиальный кабель (RG-8 и RG-11) имеет толщину 12 мм и бывает двух разновидностей: гибкий и жесткий. Он имеет большую степень помехозащищенности, большую механическую прочность, а также позволяет подключать новый компьютер к кабелю, не останавливая работу сети. Однако он сложен при прокладке, а для подключения к нему требуется специальное устройство (трансивер). 21

22 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые кабели. Толстый коаксиальный кабель Трансивер устанавливается непосредственно на кабеле контактно (прокалыванием) или бесконтактно, и питается от сетевого адаптера компьютера. Трансивер соединяется с сетевым адаптером при помощи кабеля AUI (Attachment Unit Interface) длиной до 50 метров. Сетевой адаптер должен иметь разъем AUI (разъем DB- 15). который обычно имеется в концентраторах (hub-ax). Основная область применения толстого коаксиального кабеля - магистральные линии, соединяющие этажи здания.(Устаревшая технология) 22

23 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые кабели. 23 Оптоволоконный кабель Оптоволоконный кабель состоит из центральной стеклянной или пластиковой нити толщиной в несколько микрон (световода), покрытой сплошной стеклянной оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем световод. Отражаясь от покрывающего слоя оболочки лучи света не выходят за его пределы. Все это в свою очередь спрятано во внешнюю защитную оболочку. В качестве источников света в таких кабелях применяются светодиоды (длина волны 850 нм и 1300 нм) или полупроводниковые лазеры (длина волны 1300 нм и 1500 нм), а информация кодируется путем изменения интенсивности света. На приемном конце кабеля детектор преобразует световые импульсы в электрические сигналы. Волоконно-оптические кабели присоединяют к оборудованию разъемами MIC, ST и SC.

24 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые кабели. 24 Оптоволоконный кабель Различают следующие виды оптоволоконных кабелей: 1.- одномодовый кабель; 2.- многомодовый кабель со ступенчатым изменением показателя преломления; 3.- многомодовый кабель с плавным изменением показателя преломления; В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber. SMF) используется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводника. В качестве источника света используется полупроводниковый лазер. Это самый дорогой тип кабеля, с самыми высокими показателями.

25 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые кабели. 25 Оптоволоконный кабель Рис 2-04.х Типы оптоволоконных кабелей

26 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые кабели. 26 Оптоволоконный кабель В многомодовых кабелях (Multi Mode Fiber - MMF) используются более широкие внутренние сердечники, которые легче изготовить технологически. В многомодовых кабелях во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от внешнего проводника под разными углами. Угол отражения луча называется модой луча. В качестве источников излучения в многомодовых кабелях применяются светодиоды, т.к. они дешевле. В целом, многомодовое волокно дешевле одномодового, хотя его характеристики хуже (больше затухание сигнала, уже полоса пропускания).

27 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Сетевые кабели. Оптоволоконный кабель Волоконно-оптические кабели обладают отличными характеристиками: защищенность от электромагнитных помех, механическая прочность (в изоляции) и хорошая гибкость. Недостаток сложность соединения волокон с разъемами и между собой при необходимости наращива- ния длины кабеля. Сама стоимость волоконно-оптических кабелей ненамного превышает стоимость кабелей на витой паре, однако проведение монтажных работ с оптоволокном намного дороже из-за трудоемкости операций и высокой стоимости применяемого монтажного оборудования. Так, присоединение оптического волокна к разъему требует проведения высокоточной обрезки волокна в плоскости строго перпендикулярной оси волокна, а также выполнения соединения путем сложной операции склеивания. 27

28 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Повторитель, концентратор. Повторитель (концентратор, hub) стал применяться ещё в начале 80-х гг. с целью расширения сегментов сети на коаксиальном кабеле с шинной топологией. Для сети Ethernet с толстым коаксиальным кабелем> 500м, а с тонким >-185 м. 28 Повторитель (repeater) Повторитель 500 м Разделяемая Полоса 10Mb/s

29 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Повторитель, концентратор Повторитель(repeater) Повторители бывают 2-х и многопортовыми. Двухпортовые повторители используются в сетях с шинной топологией, построенных на коаксиальном кабеле. Многопортовые повторители используются в сетях с топологией типа "звезда" (кабель "витая пара"). Двух и многопортовые повторители, получив пакет на одни из своих портов, просто передает его во все остальные порты. 29 Многопортовые повторители (концентраторы / hubs), в сетях построенных на кабеле "витая пара- необходимое сетевое оборудование, чтобы соединить в сеть три и более компьютеров (физически топология звезда, логически и функционально – шина).

30 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Повторитель, концентратор Повторитель(repeater) Рис 2-04.х Многопортовый повторитель (концентратор/Hub) 30 HUB

31 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Повторитель, концентратор Повторитель(repeater) Рис 2-04.х Многопортовый повторитель (концентратор/Hub) 31

32 Курс Лекций:«Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Повторитель, концентратор Повторитель(repeater) На рис х показан типичный концентратор Ethernet, рассчитанный на образование небольших сегментов разделяемой среды. Он имеет 16 портов стандарта 10Base-T с разъемами RJ-45, а также один порт AUI для подключения внешнего трансивера. Такой концентратор состоит из 16-ти (N-го) кол-ва портов MDI-X и одного гнездами MDI, для подключения компьютеров с обычными сетевыми картами (RJ-45), порта MDI и порта AUI. 32 MDI (Medium Dependent Interface - Интерфейс, зависящий от среды) и MDI-X (Medium Dependent Interface crossover - Интерфейс, зависящий от среды, с перекрещиванием) см. Рис 2-04.x ниже. Порты MDI-X (кроссированный интерфейс MDI), имеет инвертированную разводку контактов разъема, чтобы сетевой адаптер можно было подключить к концентратору с помощью стандартного соединительного кабеля, не кроссирующего контакты

33 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Повторитель, концентратор. Повторитель(repeater) 33 T x Передатчик R x Приемник Адаптер или концентратор 1 Приемник R x Концентратор Передатчик T x T x Передатчик R x Приемник Концентратор 1 Приемник R x Концентратор Передатчик T x Рис Соединения типа «станция- концентратор» и «концентратор-концентратор» на витой паре

34 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Повторитель, концентратор. Повторитель(repeater) Рис Соединения типа «станция- концентратор» и «концентратор-концентратор» на витой паре 34

35 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Повторитель, концентратор. Повторитель(repeater) И так назначение портов: 1. Порт AUI (Attachment Unit Interface) служит для подключения трансивера магистрального «толстого Ethernet» кабеля, или оптического; 2.Порт MDI-X (Medium Dependent Interface) с перекрещиванием - подключение компьютеров сети витой парой с прямой разводкой; 3.Порт MDI обычно- параллельный первому порту MDI-X, предназначен для подключение второго концентратора, при расширении сети. 35

36 Дополнительные функции концентраторов : 1.Использование резервных связей определено в стандарте только в концентраторах FDDI. В концентраторах Ethernet/Fast Ethernet резервные связи всегда должны соединять отключенные порты, чтобы не нарушать логику работы сети. 2.Концентраторы способны отключать некорректно работающие порты, изолируя тем самым остальную часть сети от возникших в узле проблем. Эту функцию называют автосегментацией (autopartitioning). (Из-за отсутствия тестовых импульсов link test; Ошибок на уровне кадра; Множественные коллизии; Затянувшаяся передача (jabber) ) Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Повторитель, концентратор. Повторитель(repeater) 36

37 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Повторитель, концентратор. Повторитель(repeater) Дополнительные функции ( продолжение ): 3.Зашита от несанкционированного доступа: способ зашиты заключается в том, что администратор вручную связывает с каждым портом концентратора МАС- адрес сетевой карты ПК; шифрование. Процесс реального шифрования требует большой вычислительной мощности, и для повторителя, не буферизующего кадр, выполнить шифрование «на лету» весьма сложно. В концентраторах применяется простой метод случайного искажения поля данных в пакетах, передаваемых портам с адресом, отличным от адреса назначения пакета. 37

38 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Повторитель, концентратор. Повторитель(repeater) 38 Рис Изоляция портов: передача кадров только от станции с фиксированными адресами

39 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Повторитель, концентратор. Повторитель(repeater) 39 Рис Искажение поля данных в кадрах, не предназначенных для приема станциями

40 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Повторитель, концентратор. Повторитель, концентратор Конструктивное исполнение концентраторов В зависимости от области применения концентраторы имеют то или иное конструктивное исполнение. 1.Концентраторы рабочих групп чаще всего выпускаются как устройства с фиксированным количеством портов, 2.корпоративные концентраторы как модульные устройства на основе шасси, 3.концентраторы отделов могут иметь стековую конструкцию. 40

41 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Повторитель, концентратор. Повторитель, концентратор Концентратор с фиксированным количеством портов это наиболее простое конструктивное исполнение. К. выполнен в отдельном корпусе со всеми необходимыми элементами (портами, органами индикации и управления, блоком питания), и эти элементы заменять нельзя. Обычно все порты такого К. поддерживают одну среду передачи, общее количество портов изменяется от 4 до 48. Один порт может быть специально выделен для подключения К. к магистрали сети или же для объединения К-в. (часто используется порт AUI, - применение соответствующего трансивера позволяет подключить К. к практически любой физической среде передачи данных). 41

42 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Повторитель, концентратор. Повторитель, концентратор Модульный концентратор выполняется в виде отдельных модулей с фиксированным количеством портов, устанавливаемых на общее шасси. Шасси имеет внутреннюю шину для объединения отдельных модулей в единый повторитель. Часто такие К-ры являются многосегментными, тогда в пределах одного модульного к-ра работает несколько несвязанных между собой повторителей. Для модульного к-ра могут существовать различные типы модулей, отличающиеся количеством портов и типом поддерживаемой физической среды. Модульные к-ры позволяют более точно подобрать необходимую для конкретного применения конфигурацию к-ра, а также гибко и реагировать на изменения конфигурации сети 42

43 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Повторитель, концентратор. Повторитель, концентратор Стековый концентратор, выполнен в виде отдельного корпуса без возможности замены отдельных его модулей. Стековые концентраторы (рис ) имеют специальные порты и кабели для объединения нескольких таких корпусов в единый повторитель с общим блоком повторения (рис.), который обеспечивает общую ресинхронизацию сигналов для всех своих портов и поэтому с точки зрения правила 4-х хабов считается одним повторителем. Если стековые концентраторы имеют несколько внутренних шин, то при соединении в стек эти шины объединяются и становятся общими для всех устройств стека. 43

44 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Повторитель, концентратор. Повторитель, концентратор Рис Стековые концентраторы Ethernet 44

45 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Повторитель, концентратор. Повторитель, концентратор Рис Объединение стековых концентраторов в единое устройство с помощью специальных разъемов на задней панели 45

46 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Повторитель, концентратор. Повторитель, концентратор Концентратор (Hub)- позволил увеличить протяженность LAN «просто по кабелю» более чем для Ethernet: 10Base- 5 > 500м, 10Base-2 > 185м, 10Base-T >100 м.). Основные ограничения для Hubs: не более 4-х Hubs хабов между любыми компьютерами сети; производительность сети резко падала при увеличении компьютеров более машин; Указанные ограничения не позволяют строить сети с более чем ПК высокой производительности. Естественным решением проблемы масштабирования локальной сети является ее разбиение на сегменты, каждый из которых представляет собой отдельную разделяемую среду. Такая логическая сегментация выполняется с помощью мостов, коммутаторов локальных сетей. 46

47 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Повторитель, концентратор. 47 Мост (Bridge)

48 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Мост (Bridge). Мост (Bridge) Мосты позволяют преодолеть ограничение "не более четырех повторителей между любыми двумя компьютерами" за счет того, что работают не на физическом, а на канальном уровне модели OSI. Т.е. мост ретранслирует кадр не по битам, а полностью принимает кадр в свой буфер, и заново получает доступ к разделяемой среде и ретранслирует кадр в сеть. Помимо увеличения протяженности сети, мост также позволяет разбить ее на сегменты с независимыми разделяемыми средами, увеличив общую пропускную способность сети. Мост также позволяет соединить между собой сегменты сети различных стандартов. 48

49 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Мост (Bridge). Мост (Bridge) Мост полностью принимая кадр в свой буфер, прочитывает адрес отправителя, анализирует на какой порт поступил пакет, записывает в память запись адрес- порт (если такой записи нет), заново получает доступ к разделяемой среде и ретранслирует кадр в сеть. Если такая запись имеется, и имеется запись об адрес-порт назначения, то мост ретранслирует кадр только в сегмент сети, подключенный к порту с адресом назначения. Каждая автоматически созданная запись о принадлежности компьютера к сегменту 1 или 2 имеет срок жизни. Если до истечения срока жизни запись не подтверждалась кадрами, проходящими по сети, то она помечается как недействительная. Если, в любой момент времени, компьютер 1 будет перемешен в сегмент 2 и пакеты от него станут поступать на порт 2. то соответствующая запись в таблице будет изменена. 49

50 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Повторитель, концентратор. Мост (Bridge) Рис2-04. Принцип работы прозрачного моста 50

51 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Мост (Bridge). Мост (Bridge) Удаленные мосты Удаленный мост это мост, который через один или несколько портов подключен к глобальной сети (Internet. Х.25, FiameRelay, ATM). Удаленные мосты (а также удаленные маршрутизаторы) используются для соединения локальных сетей через глобальные сети. Если в локальных сетах мосты постепенно вытесняются коммутаторами, то удаленные мосты и сегодня продолжают пользоваться популярностью. Удаленные мосты не надо конфигурировать (адресная таблица строится автоматически), а при объединении с сетью предприятия сетей филиалов, где нет квалифицированного обслуживающего персонала, это свойство оказывается очень полезным. 51

52 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Коммутатор (switch). Коммутатор (switch) Коммутаторы, как и мосты работают на канальном уровне и позволяют разделить общую разделяемую среду на несколько независимых сегментов передачи данных. Алгоритм работы коммутаторов аналогичен алгоритму работы прозрачного моста. Основным отличием, обеспечившим вытеснение мостов коммутаторами - это гораздо более высокая скорость работы коммутаторов. Мост должен полностью получить кадр данных перед тем как ретранслировать его на соответствующий порт. Коммутатор начинает ретрансляцию кадра, не дожидаясь его полного получения. (достаточно получить шесть первых байт кадра, содержащих адрес назначения). 52

53 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Коммутатор (switch). Коммутатор (switch) Кроме того, ком-р позволяет организовать сразу несколько параллельных соединений между различными парами портов, что повышает пропускную способность сети в несколько раз. Однако ком-р не может организовать одновременное соединение несколько портов - к одному порту. (Рис) 53 Типы коммутаторов По конструктивному исполнению : коммутаторы с фиксированным количеством портов модульные коммутаторы на основе шасси стековые коммутаторы модульно-стековые коммутаторы. Различия между ними аналогичны различиям между соответствующими типами концентраторов

54 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Коммутатор (switch). Рис.2-04 Параллельные соединения между портами 54

55 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Коммутатор (switch). Коммутатор (switch) Типы коммутаторов По способу коммутации портов в коммутаторе : коммутаторы на основе коммутационной матрицы; коммутаторы с общей шиной; коммутаторы с разделяемой памятью; комбинированные коммутаторы. 55 Коммутаторы на основе коммутационной матрицы и самые быстрые. Однако сложность схемы матрицы возрастает пропорционально квадрату количества портов коммутатора.

56 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Коммутатор (switch). Коммутатор (switch) 56 Рис Логическая схема коммутатора

57 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Коммутатор (switch). Коммутатор (switch) 57 Рис Ретрансляция широковещательного пакета

58 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Коммутатор (switch). Коммутатор (switch) 1.Коммутаторы с общей шиной - процессоры портов связаны высокоскоростной шиной передачи данных, используемой в режиме разделения времени; 58

59 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Коммутатор (switch). Коммутатор (switch) 2.Коммутаторы с разделяемой памятью обеспечивают коммутацию портов при помощи общей разделяемой памяти и менеджера очередей выходных портов; 59

60 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Коммутатор (switch). Коммутатор (switch) Комбинированные коммутаторы сочетают в себе достоинства различных типов архитектур. Пример такого коммутатора, сочетающего в себе скорость матричных коммутаторов и легкость наращивания числа портов коммутаторов с общей шиной, приведен на рис; 60

61 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Коммутатор (switch). Коммутатор (switch) Существует два класса коммутаторов : коммутаторы со сквозной передачей (Cut-Through); и с накоплением и ретрансляцией (Store-and-Forward. SAF). 61 Коммутаторы Cut-Through – применяют конвейерную обработку пакетов. Они производят коммутацию «на лету» (on-the-fly), буферируют только головную часть пакета - 6-байтовый адрес приемника и коммутируют его на соответствующий порт. Комм-ры Store-and-Forward - полное буферирование в память FIFO всех ретранслируемых пакета. Размер каждого буфера - должен быть не меньше максимально длины пакета. Возрастает задержка коммутации - не менее битовых интервалов.

62 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Коммутатор (switch). Коммутатор (switch) Также выпускаются так называемые гибридные (или адаптивные) коммутаторы, которые могут автоматически переключаться из режим; Cut-Through в режим SAF и наоборот. При малой нагрузке и низком уровне ошибок они работают как более быстрые Cut-Through коммутаторы; при большой нагрузке и значительном количестве ошибок переходят в более медленный, но более качественный режим SAF. 62

63 ФункцияНалетуС буферизацией Защита от плохих кадровНетДа Трансляция протоколов разнородных сетей (Ethernet Token Ring, FDDI, ATM) НетДа Задержка передачи пакетов Низкая (5-40 мкс) при низкой нагрузке, средняя при высокой нагрузке Средняя при любой нагрузке Поддержка резервных связей НетДа Функция анализа трафика НетДа 63 Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Коммутатор (switch).

64 Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема 4. Аппаратное обеспечение сетей. Маршрутизатор (router) Маршрутизатор (router) Маршрутизатор (router) Маршрутизаторы необходимы в крупных сетях, для объединения сегментов, построенных на концентраторах, мостах и коммутаторах. 64