Сети ЭВМ и телекоммуникацииkspt.icc.spbstu.ru/media/files/2013/courses/telecom/telecom2013-01.pdf · Сетевые дисциплины на КСПТ 1-ый

Сети ЭВМ и телекоммуникации

Сетевые дисциплины на КСПТ

1-ый семестр Сетевые сервисы

6-ой семестр Сети ЭВМ и телекоммуникации.

Телекоммуникационные технологии

7-ой семестр Сети ЭВМ и телекоммуникации. Технологии

компьютерных сетей

8-ой семестр Управление и защита информации в КС Защита информации

10-ый семестр Средства обеспечения информационной безопасности Администрирование компьютерных сетей

11-ый семестр ПО РВС

Ицыксон В.М. Сети ЭВМ и телекоммуникации © 2013 2


Список литературы

Основная Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы:

Учебник для вузов. 4-е издание. СПб.: Изд-во Питер, 2011. – 944 с., ил.

Олифер В.Г., Олифер Н.А. Новые технологии и оборудование IP-сетей.. СПб.: BHV, 2000. – 672 с., ил.

Современные компьютерные сети. 2-е изд. / В. Столлингс. – СПб: Питер, 2003. – 783 с.: ил.

Гук М. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия. – СПб: Питер, 2000. 576 с: ил.


Список дополнительной литературы

1. Журнал «Открытые системы». 1993-2012 год. http://www.osp.ru/osp

2. Журнал “LAN/Журнал сетевых решений” 1995-2012гг. http://www.osp.ru/lan

3. Журнал “Сети” 1994-2000 гг. http://www.osp.ru/net

4. Журнал “Сети и системы связи” 1996-2009 гг. http://www.ccc.ru/

http://www.osp.ru/osp

http://www.osp.ru/lan

http://www.osp.ru/net

http://www.ccc.ru/

Модель ISO/OSI

ЭМВОС – эталонная модель взаимодействия открытых систем

Модель OSI - Open systems interconnection basic reference model

Предложена в 1978 году

Предназначена для структурирования задач, решаемых сетевыми устройствами, протоколами и т.п.



7. Прикладной (Application layer)

6. Представления (Presentation layer)

5. Сеансовый (Session layer)

4. Транспортный (Transport layer)

3. Сетевой (Network layer)

2. Канальный (Data link layer)

1. Физический (Physical layer)



Каждый уровень характеризуется:

Задачами, решаемыми на этом уровне

Механизмами взаимодействия с соседними уровнями

Единицей передаваемой информации

Способами реализации уровня

Примерами протоколов/интерфейсов, реализующих этот уровень

Устройствами/программным обеспечением, функционирующим на этом уровне











Физический уровень

Physical layer

Функции:

Кодирование/декодирование данных

Определяет метод передачи данных между физическим устройствами

Осуществляет передачу физических сигналов в среду и прием данных из среды

Единица передаваемой информации – бит

Всегда реализуется аппаратно


Физический уровень

Используемые методы кодирования:

Манчестерское кодирование

NRZ, NRZI

RZ

…

Известные стандарты:

RS-232

RS-485

IRDA

DSL

…

Устройства Повторители

Концентраторы

Медиаконвертеры

Трансиверы











Канальный уровень

Data link layer

Передаваемый элемент данных – кадр (фрейм)

Функции:

Получение доступа к среде передачи

Деление массивов данных на кадры

Передача данных между узлами одного сегмента сети

Адресация узлов а пределах сегмента

Обнаружение/исправление ошибок физического уровня

Канальный уровень НЕ обеспечивает маршрутизацию!


Канальный уровень

Канальный уровень обычно реализуется аппаратно

Устройства:

Коммутаторы (switch)

Мосты (bridge)

Стандарты:

IEEE 802.2/3 (Ethernet)

ArcNet

TokenRing

FDDI, CDDI

PPP

….











Сетевой уровень

Network layer

Единица передаваемых данных - пакет

Функции:

Адресация узлов сети

Маршрутизация пакетов в сети

Упаковка пакетов в кадры канального уровня

Управление работой сети

Обнаружение и диагностика проблем в сети


Сетевой уровень

Сетевой уровень обычно реализуется программно

Устройства: Маршрутизатор

Шлюз

Протоколы сетевого уровня IP, ICMP, ARP, IGMP

IPX

IPv6

IPSEC

Протоколы маршрутизации

…











Транспортный уровень

Transport layer

Единица передаваемых данных – сегмент, пакет, дейтаграмма

Функции:

Обеспечение определенного уровня надежности передачи

Сегментирование прикладных данных

Адресация программ/сервисов

Управление потоком

Мультиплексирование потоков


Транспортный уровень

Транспортный уровень реализуется программно

Протоколы транспортного уровня TCP/UDP/SCTP

IPX/SPX

TP0, TP2, TP4

ATP

NCP

…











Сеансовый уровень

Session layer

Функции:

Организация сеанса связи

Установление соединения

Разрыв соединения

Управление правами доступа

Синхронизация потоков


Сеансовый уровень

Сеансовый уровень реализуется программно

Примеры протоколов:

L2F

L2TP

PPTP

SOCKS

SSL/TLS











Представительский уровень

Presentation layer

Функции:

Преобразование форматов

Согласование стандартов

Сжатие/распаковка информации

Кодирование/декодирование информации

Шифрование/дешифрование информации

Представительский уровень реализуется программно











Прикладной уровень

Application layer

Единица передаваемых данных: сообщение, пакет

Функции:

Обеспечение взаимодействия пользователя и сетевой среды

Реализация конкретных прикладных функций


Прикладной уровень

Всегда реализуется программно

Примеры прикладных протоколов:

Передача файлов: FTP, TFTP, AFP

Электронная почта: SMTP, POP3

Доступ к www-пространству: HTTP, HTTPS

Удаленный терминал: TELNET, SSH, CTERM

Управление сетевыми объектами: SNMP

Обмен мгновенными сообщениями: XMPP



Эталонная модель ISO/OSI

№ Название Функции Элемент инф-ции

7 Прикладной

Application

Предоставление услуг пользователю

Реализация прикладных функций

Сообщение (пакет)

6 Представления

Presentation

Сжатие/распаковка информации

Шифрование/дешифрование инф-ии

Согласование форматов

5 Сеансовый

Session

Организация сеанса связи

Управление потоками

4 Транспортный

Transport

Обеспечение надежности передачи

Мультиплексирование потоков

Пакет (сегмент, дейтаграмма)

3 Сетевой

Network

Маршрутизация

Фрагментирование

Дейтаграмма (пакет)

2 Канальный

Data link

Доступ к среде

Обнаружение и исправление ошибок

Кадр (фрейм)

1 Физический

Physical

Кодирование/декодирование

Передача/прием физ. сигналов

Бит


Физические среды сетей

Электрические кабели

Оптические кабели

Радиоканалы

Инфракрасная связь

Электрические кабели

Витая пара

Коаксиальные кабели

Твинаксиальные кабели

Линии электропередач


Витая пара

Основные типы витой пары

неэкранированная витая пара (UTP - unshielded twisted pair)

фольгированная витая пара (FTP – foiled twisted pair)

экранированная витая пара (STP – shielded twisted pair)


Витая пара

Для магистральной проводки – одножильный кабель

Для подводки к оконечному оборудованию – многожильный кабель (патч-корд)


Витая пара

Стандарты EIA/TIA 568

ISO 11801

ГОСТ Р 53246-2008,ГОСТ Р 53245-2008

В зависимости от пропускаемого частотного диапазона делятся на категории: Cat. 3 – до 16 Мгц, телефонные и компьютерные сети, 10 Мб/с

(4 пары), 100 Мб/с (4 пары)

Cat. 5 – до 100 Мгц, 100 Мб/с (2 пары)

Cat. 5e – до 100 Мгц, 100 Мб/с (2 пары), 1000 Мб/с (4 пары)

Cat. 6 – до 250 Мгц, 10 Гб/с (4 пары, 55 м)

Cat. 6а – до 500 Мгц, 10 Гб/с (4 пары, 100 м)

Cat. 7 – до 600 Мгц, 10 Гб/с, экран каждой пары

Cat, 7a –до 1200 МГц, 40 Гб/с (до 50 м), 100 Гбит/с (15 м)


Витая пара


Коаксиальный кабель

Изобретен в конце 19-го века

Имеет нормируемое волновое сопротивление

Категории кабеля:

RG-11 и RG-8 —75 Ом и 50 Ом, «толстый»Ethernet

RG-58 —50 Ом, «тонкий» Ethernet

RG-59, RG-6 — 75 Ом, телевизионный кабель (Broadband/Cable Television)

RG-62 — 93 Ом, ARCNet


Коаксиальный кабель


Твинаксиальный кабель

Двухосевой кабель с двумя центральными жилами (TWC)

Применяется в высокоскоростных сетях (10Gb Ethernet)



Одномодовые

Диаметр сердцевины – 7-10 микрон

Низкая стоимость волокна

Высокая стоимость прокладки/сварки

Дальность передачи - до десятков километров

Многомодовые

Диаметр сердцевины 50, 62.5 микрон

Средняя стоимость волокна

Средняя стоимость прокладки/сварки

Дальность передачи - до единиц километров




Радиоканалы

Отличаются диапазоном частот

* для некоторых диапазонов требуется разрешение

По расстоянию делятся на

Сверхкороткие (единицы метров)

Локальные (сотни метров)

Средние (единицы километров)

Большие (десятки и сотни километров)


Инфракрасные каналы

Передача в инфракрасном диапазоне

Дальность – единицы метров

Направленность передатчика

В последнее время для компьютерных сетей практически не используются



Характеристики локальных сетей

Стандарт Топология сети Используемые среды Механизмы доступа к среде Способы кодирования Скорости передачи данных Способы подключения станций Используемое оборудование Адресация Форматы кадров Способы объединения сегментов Ограничения сети Обеспечение надежности Обеспечение целостности


Топологии локальных сетей

По типу Физическая топология

Логическая топология

Варианты топологий Звездообразная

Шинная (общая шина)

Кольцевая

Древовидная (иерархическая)

Гибридная


Топологии локальных сетей


Доступ к среде

Множественный доступ Случайный доступ

CSMA

CSMA/CD

CSMA/CA

Детерминированный доступ

Маркерный доступ Маркерное кольцо

Маркерная шина

Эксклюзивный доступ Коммутируемые сети


Характеристики сетей

Скорость передачи информации Номинальная скорость Эффективная скорость

Обеспечение целостности Использование КС

Обеспечение надежности Квитирование Резервирование

Ограничения На диаметр На длины сегментов На количество сегментов (активных устройств) На подключение станций На параметры кадров (длина, частота и т.п.)


Технология Ethernet

Первая сеть Xerox, 1973 г.

Консорциум DIX: Ethernet

DEC (Digital Equipment Corporation)

Intel

Xerox

Стандартизован комитетом IEEE-802.3 в 1980 г.

Топология:

Логическая – общая шина

Физическая – общая шина

Метод доступа – CSMA/CD

Номинальная скорость передачи – 10Mб/сек


Алгоритм Ethernet

Прослушивание среды

Посылка кадра

Проверка на коллизию

В случае, если нет коллизии

Межкадровая пауза

В случае, если есть коллизия

jam-последовательность

Случайная пауза. T из t*[1…2n]. n-номер передачи

Повторная передача


Ethernet: 10Base-5

Стандарт IEEE 802.3(8)

Среда – «толстый» коаксиальный кабель, R=50 Ом

Физическая топология – общая шина

Длина сегмента – ≤ 500м

Подключение станций – интерфейс AUI

До пяти сегментов, до трех нагруженных

До 90 станций на сегмент

Макс. диаметр - 2500м


Ethernet: 10Base-2


Среда – «тонкий» коаксиальный кабель, R=50 Ом

Физическая топология – общая шина

Длина сегмента – ≤ 185м

Подключение станций – T-connector

До пяти сегментов, до трех нагруженных

До 30 станций на сегмент



Ethernet: 10Base-T


Ethernet: 10Base-T


Среда – UTP, 3 cat

Физическая топология – звезда

Используется активное оборудование – концентратор

Длина кабеля до концентратора ≤ 100м

Подключение станций – вилка RJ-45

Правило четырех концентраторов

До 1024 станций на домен коллизий



Ethernet: Fiber optic


Среда – FO, две жилы

Физическая топология – звезда

Используется активное оборудование – концентратор

Длина кабеля до концентратора ≤ 2000м

Правило четырех концентраторов

До 1024 станций на домен коллизий


Ethernet: Fiber optic

FOIRL Длина кабеля до концентратора ≤ 1000м Диаметр сети ≤ 2500м До 4-х концентраторов

10BaseFL Длина кабеля до концентратора ≤ 2000м Диаметр сети ≤ 2500м До 4-х концентраторов

10Base-FB Используется для связи концентраторов Длина кабеля до концентратора ≤ 2000м Диаметр сети ≤ 2740м До 5-ти концентраторов


Адресация в Ethernet

MAC – адрес

Адрес – 48 разрядов

Формат:

mucccccc:CC:CC:NN:NN:NN C - 22 разряда – идентификатор производителя,

выдается IEEE

N - 24 разряда – номер устройства, назначается производителем

m – флаг группового адреса. 0 – индивидуальный

1 – групповой

u – флаг управления. 0 – универсальный адрес

1 – локально управляемый адрес


Адресация в Ethernet

Записывается в виде 6 октетов

Пример: 12:A6:34:15:C2:B1

Специальные адреса:

Широковещательный адрес:

FF:FF:FF:FF:FF:FF

Групповые адреса TCP/IP:

от 01:00:5e:00:00:00 до 01:00:5e:7f:ff:ff


Кадры Ethernet

Размер кадра Минимальный - 64 байт (18 заголовок, 46 –

данные)

Максимальный- 1518 байт (18 заголовок, 1500 –данные)

Преамбула – 8 байт (64 разряда)

Межкадровый интервал – 12 байт (96 разрядов)

Скорость передачи Кадров минимальной длины 5,47 Мб/с

Кадров максимальной длины 9,75 Мб/с


Форматы кадров Ethernet

Ethernet II (DIX)

IEEE 802.3 (Novell)

IEEE 802.3/802.2

IEEE 802.2 SNAP


Кадр Ethernet II (DIX)

DA –Destination Address

SA – Source Address

Data - Данные

T – тип. Всегда > 1518

FCS – Frame Check Sum

6 6 2 46-1500 4

DA SA T Data FCS


Кадр IEEE 802.3 Novell

DA –Destination Address

SA – Source Address

Data - Данные

L – длина кадра. Всегда ≤ 1518

FCS – Frame Check Sum

6 6 2 46-1500 4

DA SA L Data FCS


Кадр IEEE 802.3/802.2

Заголовок LLC

DSAP– Destination Service Access Point

IP – 0x06

IPX – 0xE0

NetBEUI –0xF0 SSAP – Source Service Access Point

C – тип сервиса, требуемого сетевым протоколом

6 6 2 1 1 1 44-1497 4

DA SA L DSAP SSAP C Data FCS


Кадр IEEE 802.2 SNAP

OUI – organization unit ID (0 у всех, кроме AppleTalk)

T – тип

6 6 2 1 1 1 3 2 38-1489 4

DA SA L DSAP SSAP C OUI T Data FCS


Алгоритм определения типа кадра Ethernet


Условия работоспособности Ethernet

Физическая топология сети – дерево (не содержит петель)

Для всех сегментов выполняется условие предельной длины сегмента

Для всех сегментов выполняется условие предельного числа станций на сегменте

Для самого длинного пути время двойного оборота сигнала (PDV-Path Delay Value) не превышает времени передачи самого короткого кадра (576 bt)

Для самого длинного пути общее сокращение межкадрового интервала (PVV – Path Variability Vaue) не превышает 49 bt


Расчет работоспособности сети Ethernet


Ethernet. Расчет PDV

Тип сегмента

База передающего сегмента, bt; L

База промежуточного сегмента, bt; M

База принимающего сегмента, bt; R

Задержка среды на 1м, bt; Q

10BASE-5 11,8 46,5 169,5 0, 0866

10BASE-2 11,8 46,5 169,5 0,1026

10BASE-T 15,3 42,0 165, 0 0,113

10BASE-FB 24,0 0, 1

10BASE-FL 12,3 33,5 156,5 0, 1

FOIRL 7,8 29,0 152, 0 0, 1

AUI 0 0 0 0, 1026


Ethernet. Расчет PVV

Тип сегмента Передающий сегмент, bt; F

Промежуточныйсегмент, bt; G

10BASE-5 16 11

10BASE-2 16 11

10BASE-T 10,5 8

10BASE-FB 2

10BASE-FL 10,5 8


Ethernet. Расчет PDV и PVV

PDV = L1 + Mi + RN + Qi ∙ ri

PVV ≤ 575bt

PVV = F1 + Gi

PVV ≤ 49bt


Режимы функционирования Ethernet

Домен коллизий

Полудуплексный режим (Half Duplex)

Передача идет в одном направлении в один момент времени

Скорость 10 Мб/сек

Полнодуплексный режим (Full Duplex)

Передача идет одновременно в двух направлениях

Скорость 10*2 Мб/сек

Ограничения на домен коллизий


Технология Fast Ethernet

Первые идеи 1992 год

Fast Ethernet Alliance

Стандарт IEEE 802.3u, 1995 год

Топология

Логическая – общая шина

Физическая – звезда (дерево)

Номинальная скорость передачи – 100 Мб/с

Используются такие же форматы кадров

Сокращение диаметра сети (~210 м для сетей на витой паре)



100 Base-T4 Физическая среда – 4 пары Cat 3

(совместимость с 10 BaseT) Макс. длина сегмента – 100 м

100 Base-TX Физическая среда – 2 пары Cat 5 Макс. длина сегмента – 100 м Поддержка режима Full Duplex

100 Base-FX Физическая среда – F/O, длина волны 1300 нм,

лазер Макс. длина сегмента – 412 м Поддержка режима Full Duplex



Режим Autonegotiation UTP

100Base-TX FD 100Base-T4 100Base-TX 10Base-T FD 10BaseT

F/O 100Base-SX FD 100Base-SX 10Base-FL FD 10Base-FL

100 Base-SX Физическая среда – F/O, длина волны 800 нм, LED Макс. длина сегмента – 300 м Поддержка режима Full Duplex



Концентраторы класса I

Имеют порты T4 и TX/FX

Не более 1 на домен коллизий

Концентраторы класса II

Имеют порты TX/FX или T4

Не более 2 между 2-мя любыми устройствами

Для подключения трансиверов используется интерфейс MII (Media Independent Interface)


Расчет работоспособности сети Fast Ethernet

Δb/1м мах

UTP Cat 3,4 1,14 114

UTP Cat 5 1,112 111,2

Fiber Optic 1,0 412

Типы

адаптеров

Задержка, bt

Два TX/FX 100

Два T4 138

TX/FX – T4 127

Типы концентраторов

Задержка, bt

Класс I 140

Класс II для TX/FX 92

Класс II для T4 67


Коммутируемый Ethernet/Fast Ethernet

Основные цели: Увеличение диаметра сети Увеличение суммарной скорости передачи в сети Распараллеливание передач Изоляция сегментов сети

Устройства Мосты Коммутаторы

Режимы работы Режим обучения Штатный режим

Особенности Наличие таблицы MAC-адресов Коммутация трафика Ограничение домена коллизий портом коммутатора


Оборудование Ethernet

Повторители (repeater)

Концентраторы (hub)

Мосты (bridge)

Коммутаторы (switch)

Трансиверы (transceiver)

Конвертеры сред (media converter)


Технология Token Ring

Разработка IBM

Стандартизован комитетом IEEE-802.5 в 1985 г.

Топология Token Ring:

Логическая – кольцо

Физическая – кольцо

Топология IEEE 802.5:


Физическая – не специфицировано

Метод доступа – маркерный

Номинальная скорость передачи – 4Mб/с

Физическая среда: STP, UTP, FO, BNC





Время удержания маркера 10 мс

Предельное время оборота маркера 2,6 с

Количество абонентов ≤ 260

Управление маркером - активный монитор

В начале работы - выбор активного монитора

Если 7 сек. маркера нет – выбор нового монитора

Диаметр кольца – до 4000 м

Улучшенный алгоритм – раннее освобождение маркера (16Мб/с)

Ицыксон В.М. Сети ЭВМ и телекоммуникации © 2013

80


Для подсоединения станций используются MSAU – Multistation Access Unit

В кольце допускается до 12 MSAU

Расстояние от абонента до MSAU: UTP: 45 м

STP: 100 м

Два типа MSAU: Пассивные

Активные


81



Формат кадра Token Ring


Формат маркера Token Ring

SDEL P M T R EDEL

8 3 1 1 3 8

P – разряды приоритета

Т – флаг маркера

М – флаг монитора

R – резервные разряды для приоритетной станции


84

Приоритезация в Token Ring

Предусмотрена приоритезация трафика

7 уровней приоритета

Станция может передавать, если ее приоритет не ниже приоритета маркера

В настоящее время приоритезация практически не используется, т.к. отсутствует поддержка в других технологиях


Развитие технологии Token Ring

Технология High Speed Token Ring

Разработана IBM

Построена на принципах 16Мб/с Token Ring

Поддерживает скорости 100Мб/с и 155Мб/с

Широкого распространения не получила


Технология 100 VG-AnyLAN

Разработка AT&T и HP Позиционировалась как улучшение Ethernet и Token Ring Конкурировала с Fast Ethernet Стандарт IEEE 802.12 Доступ к среде – маркерный Скорость передачи – 100 Мб/с Топология:

Логическая – кольцо Физическая – дерево

Физическая среда: 4*UTP-3 2*STP 2*UTP-5 FO







Поддерживается до 3-х уровней каскадирования

Расстояние до концентратора: UTP-3: 100м

UTP-5, STP: 150м

FO: 2000м

До 1024 абонентов

Поддерживается 2 типа кадров: Ethernet

Token Ring


Технология FDDI

Стандарт ANSI X3T9.5, 1984г

Доступ к среде – маркерный

Скорость передачи – 2*100 Мб/с

Топология:


Физическая – кольцо или смешанные

Физическая среда: FO





Диаметр кольца – до 100 км

Расстояние между станциями – 2 км

Количество абонентов – до 1000

Длина волны 1300 нм

Способность к реконфигурации

Поддержка двух типов трафика Синхронный

Асинхронный

Асинхронная передача возможна, если есть временной запас



Активные устройства – концентраторы (MAU)

Два способа подключения абонентов к сети:

Абоненты, подключенные к одному кольцу

SAC – single access concentrator

SAS - single access station

Абоненты, подключенные к двум кольцам

DAC – double access concentrator

DAS - double access station




Кадр FDDI


96

Кадр FDDI


Высокоскоростные технологии ЛС

Gigabit Ethernet

10Gigabit Ethernet

RPR


Технология Gigabit Ethernet

Идея – 1998г.

Стандарт IEEE 802.3z

Скорость передачи 1000Мб/с

Совместимость с Ethernet/FE

Алгоритм CSMA/CD

Проблема диаметра сети Решение: увеличена длина мин. кадра

в 8 раз: 512 байт

Введен специальный заполнитель


Gigabit Ethernet на витой паре

1000Base-СХ Две пары STP, твинаксиальный кабель

Сегмент до 25 м

1000Base-TX 4 пары UTP Cat 6 (по две пары на передачу и прием)

Длина сегмента до 100м

Поддержка FD

1000Base-T IEEE 802.3ab

4 пары UTP Cat 5e, 6

Длина сегмента до 100м

Возможен FD


Gigabit Ethernet на оптике

Стандарт Волокно Полудуплекс/Дуплекс, м

1000BASE-SX LED, 850нм

IEEE 802.3z

2*MMF, 50 мкм 100/550

2*MMF, 62,5 мкм 100/(220-275)

1000BASE-LX LED, 1300нм

IEEE 802.3z

2*SMF, 9 мкм 100/5000

2*MMF, 50 мкм 100/550

2*MMF, 62,5 мкм 100/400

1000BASE-BX10 1490 нм, 1310 нм SMF 100/10000

1000BASE-ZX 1550 нм 2*SMF 100/70000

1000BASE-LH 2*SMF 100/100000


Технология 10Gigabit Ethernet

Предложен в 2005 году

Скорость передачи 10Гб/с

Стандарт IEEE 802.3ae

Используются только коммутируемые сети

Топология

Физическая – дерево

Логическая – дерево

Всегда используется режим Full Duplex


10Gigabit Ethernet на витой паре

10GBase-CX4 Стандарт IEEE 802.3ak 8 медных пар, по 4 в каждую сторону Длина сегмента до 15 м

10GBase-Kx BackPlane Ethernet Стандарт IEEE 802.3ap Используется внутри серверов

10GBase-T Стандарт IEEE 802.3an Используется UTP (Cat 6, 6a, 7) и STP, по 4 пары в каждую

сторону Длина сегмента

UTP 6 - до 55 м UTP 6a, 7 – до 100 м


10Gigabit Ethernet на оптике

10GBase-SR

LED, 850 нм

MMF 62,5 мкм – до 82 м

MMF 50 мкм - до 300 м

10GBase-LR

1310 нм

SMF, Laser – до 10 км

10GBase-ER

1550 нм

SMF, Laser – до 40 км


10Gigabit Ethernet на оптике

10GBase-ZR 1550 нм SMF, Laser – до 80 км

10GBase-LX4 1500 нм MMF, Laser – до 300 м SMF, Laser – до 10 км

10GBase-LRM IEEE 802.3aq 1310 нм FDDI Grade, MMF 62,5 мкм, до 220 м

40Gbe и 100Gbe

Стандарт IEEE 802.3ba

Разрабатываются с 2007 года

Стандарт принят в 2010 году



Технология RPR

Отказоустойчивое пакетное кольцо (Resilient packet ring — RPR)

Стандарт IEEE 802.17

Общая протяженность до 2000 км Используется в локальных сетях

Используется в региональных сетях

Количество узлов – до 255

Топология: Логическая – кольцо

Физическая – кольцо


Технология RPR

Используется 2 кольца – ringlet (в разных направлениях)

Поддерживаемые скорости передачи

1 GBit/s

2.5 GBit/s

10 GBit/s

Автоматическое определение топологии

Узлы периодически посылают спец. сообщения

Удаление кадра узлом назначения

Более рациональное использование полосы

Технология защитной коммутации

Защитное переключение (до 50 мс)


Технология RPR. Защитная коммутация


Технология RPR. Пространственное переиспользование


Технология RPR. Алгоритм справедливого доступа


RPR. Пример организации сети


Виртуальные локальные сети

VLAN – виртуальные локальные сети

Цели:

Повышение производительности отдельной виртуальной сети

Изоляция виртуальных сетей друг от друга

Стандарт IEEE 802.1Q


Виртуальные локальные сети

Способы построения VLAN:

Использование номеров подсетей сетевого уровня

Группировка портов

Группировка MAC-адресов

Группировка сетевых протоколов

Добавление меток канального уровня


VLAN. Использование номеров подсетей сетевого уровня

Во всех узлах должен функционировать один сетевой протокол (например IP, IPX)

Коммутатор должен поддерживать этот сетевой протокол

Коммутация производится на основе адресов сетевого уровня


VLAN. Группировка портов

Каждому порту коммутатора придается номер виртуальной сети

Кадр передается в порт, если номера виртуальных сетей совпадают

Сложно реализовать в сетях с несколькими коммутаторами


VLAN. Группировка MAC-адресов

В каждом коммутаторе все MAC-адреса заносятся в таблицы VLAN

Коммутация осуществляется на основе поиска по таблице VLAN

Очень трудоемкий способ


VLAN. Группировка сетевых протоколов

Используется для отделения трафика одного сетевого протокола от другого

Используется для предоставления разного качества обслуживания разным протоколам


VLAN. Добавление меток канального уровня

В кадре канального уровня резервируется поле для номера VLAN

Поле добавляется коммутатором

При передаче в узлы сети поле изымается


VLAN. Стандарт IEEE 802.1Q

DA SA Tag Protocol

Identifier Метка VLAN

Type …

6 6 2 2 2 …

Priority TR-Enc VLAN ID

3 1 12


VLAN. Стандарт IEEE 802.1Q

Tag Protocol Identifier – идентификатор протокола VLAN. Для 802.1Q – 0x8100

Priority - пользовательский приоритет (802.1p)

TR-Enc – флаг кадра

VLAN ID – идентификатор VLAN


Технологии повышения надежности и эффективности

Резервирование каналов

Агрегирование портов

Реконфигурируемые избыточные топологии



Раньше: Сisco EtherChannel trunking

Adaptec's Duralink trunking

Nortel MLT MultiLink trunking

В настоящее время стандарт IEEE 802.3ad «802.3ad Link aggregation for parallel links»

Объединение нескольких портов в один агрегат

Увеличение производительности

Увеличение надежности

Ограничение – до 8 каналов в агрегате

Есть возможность агрегации сетевых адаптеров Реализуется для адаптеров одной скорости

Должно поддерживаться драйверами или ОС




Протокол STP

Spanning Tree Protocol – (протокол остовного дерева)

Протокол канального уровня

Стандарт IEEE 802.1D

Задача – отключить дублирующие связи (исключить циклы)


Параметры STP

Bridge priority – приоритет коммутатора (2 байта)

Port cost – стоимость пути на каждом порту

BDPU - Bridge Protocol Data Unit – протокол данных коммутаторов


Пакет BDPU

Использует групповой Ethernet-адрес 01:80:C2:00:00:00

Имеет поля:

Root Bridge Identifier (RBID) – идентификатор корневого коммутатора. MAC + BP

Root Path Cost (RPC) – стоимость пути до корня

Bridge Identifier (BID) – идентификатор текущего коммутатора. MAC + BP

Port Identifier - идентификатор текущего порта

Message Age - время жизни сообщения

Max Age - максимальное время жизни сообщения

Hello Time - время приветствия



1. Выбор корневого коммутатора Каждый коммутатор рассылает соседям RBID,

используя себя в качестве корневого Если от соседа принимается пакет с меньшим

ID, то далее распространяется полученный ID Выбирается коммутатор с минимальным

идентификатором

2. Выбор корневых портов Для всех некорневых коммутаторов

высчитывается кратчайший путь к корневому коммутатору

Порт, через который проходит кратчайший путь к корневому коммутатору, - корневой порт



3. Выбор назначенных портов Для каждого сегмента высчитывается

кратчайший путь к корневому коммутатору Коммутатор, через который проходит

кратчайший путь – назначенный коммутатор Порт назначенного коммутатора, через который

проходит кратчайший путь – назначенный порт

4. Блокировка портов Блокируются все порты всех коммутаторов,

кроме корневых и назначенных




Расширения протокола STP

PVSTP (Per-VLAN Spanning Tree Protocol) Используется в сетях с VLAN

К каждом VLAN работает один экземпляр PVSTP

RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) Стандарт 802.1w

Уменьшение времени сходимости

Более высокая устойчивость

MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol) Количество деревьев не зависит от

количества виртуальных сетей


Управление в локальных сетях

Способы управления:

Терминальное управление

Прямое терминальное управление

Удаленное терминальное управление

Агентное управление

На основе протокола SNMP

WEB-управление


Управление в локальных сетях

Задачи управления: Мониторинг

состояния коммутатора состояния портов

Контроль статистических параметров Маскирование портов Зеркалирование портов Конфигурирование технологий:

VLAN STP Агрегирования

…

Беспроводные технологии

Достоинства

Не требуют прокладки кабельной среды

Обеспечивают определенную мобильность

Недостатки

Проблемы безопасности

Влияние физических объектов на качество передачи информации

Сложность определения мест размещения оборудования



По дальности действия

WPAN (Wireless Personal Area Networks) – до 10 м

Bluetooth, RFID, ZIGBEE

WLAN (Wireless Local Area Networks) – до 100 м

Wi-Fi

WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks) до 50 км

WiMAX

WWAN (Wireless Wide Area Network)

GPRS, EDGE, HSPA

По топологии

точка-точка (ad hoc)

инфраструктурные



Wi-Fi – общее название сетей (Wireless Fidelity – беспроводная безукоризненная передача)

Набор стандартов консорциума Wi-Fi Aliance

Официальные стандарты – семейство стандартов IEEE 802.11

Первый стандарт Wi-Fi был создан в 1991 г.


IEEE 802.11

IEEE 802.11 – 2,4 ГГц, 1Мб/c и 2Мб/с, 1997г

IEEE 802.11а – 5 ГГц, 54Мб/c, 1999 г.

IEEE 802.11b – 2,4 ГГц, 5.5Мб/c и 11Мб/с , 1999 г.

IEEE 802.11g – 2,4 ГГц, 54Мб/с, 2003 г.

IEEE 802.11h – 5 ГГц, 54Мб/c, 2004 г.

IEEE 802.11n – 2,4 и 5 ГГц, 150Мб/с на антенну, всего до 600 Мб/с, 2009 г.

IEEE 802.11ac – 5-6 ГГц, 1.3Гб/с на антенну, Гб/с, 2013(?) г.

IEEE 802.11ad – 60 ГГц, 7Гб/с - проект

IEEE 802.11as – 135 ГГц, до 20 Гб/c - проект


IEEE 802.11

Уровень Протоколы, функции

3 IPv4, IPv6

2 LLC IEEE 802.2

2 MAC DCF/PCF, WEP/WPA/WPA2

1 PHY (IEEE 802.11, 11a, 11b, 11g, 11n)


IEEE 802.11

Поддерживается 2 режима

Инфраструктурный

Требуется специальное оборудование (точка доступа, маршрутизатор)

Точка-точка

Специального оборудования не требуется

Поддерживается не всем оборудованием


IEEE 802.11. Идентификация

Каждая сеть имеет уникальный идентификатор BSSID (basic service set identification)

Специальный MAC адрес

24 разряда – Organization Unique Identifier (код производителя)

24 разряда – код, присваиваемый производителем

Каждая сеть имеет текстовое имя SSID (Service set identification)

Длина до 32 байт

Используется для подключения к сети

В целях безопасности SSID может скрываться (не транслироваться), в этом случае клиент должен знать SSID для подключения


IEEE 802.11. Безопасность

Необходимо

Обеспечить аутентификацию для авторизованного доступа к сети

Шифрование трафика для обеспечения конфиденциальности

WEP - Wired Equivalent Privacy

Алгоритм RC-4

Ключи длиной 40 и 104 разр.

Вектор инициализации 24 разряда

Легко взламывается (минуты)



WPA – WiFi Protected Access

EAP (Extensible Authentication Protocol)+ TKIP (Temporal Key Integrity Protocol)

Алгоритм шифрования RC-4

Ключи длиной 128 разрядов

Вектор инициализации 48 разряда

Поддерживается два режима аутентификации

Основной (802.1X) – требуется пара “пользователь/пароль” для дальнейшей авторизации

Упрощенный (PSK – Preshared Key) – используется общий секретный ключ для всех пользователей

Известны методы взлома



WPA2

CCMP (Counter Mode with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol)

Алгоритм шифрования AES (Advanced Encryption Standard)

Длина ключа 128 разрядов

Рекомендуемый метод защиты для WiFi

Методы взлома известны теоретически


Сети ЭВМ и телекоммуникацииkspt.icc.spbstu.ru/media/files/2013/courses/telecom/telecom2013-01.pdf · Сетевые дисциплины на КСПТ 1-ый

Documents