ЛОКАЛЬНЫЕ СЕТИ ЭВМ

общая логическая и техническая организация сетей ЭВМ, представленная в виде

совокупности сетевых аппаратных и программных решений, методов доступа к ресурсам сети и используемых для этого протоколов.

сетей ЭВМ образуют различные кабели. Постоянное увеличение размеров и объединение

локальных сетей привело к появлению сложных кабельных систем и необходимости их структуризации в рамках отдельных учреждений.
Структурированная кабельная система (Structured Cabling System, SCS) – это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также способы и методы их совместного использования, которые позволяют создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в сетях ЭВМ.

• точки (розетки) подключения к сети абонентских систем (в пределах

отдельных помещений каждого этажа многоэтажного здания);
• горизонтальные подсистемы (в пределах каждого этажа);
• вертикальные подсистемы (между этажами многоэтажного здания);
• подсистему кампуса (в пределах одной территории с несколькими зданиями или объектами).

с розетками пользователей.
Вертикальные подсистемы соединяют кроссовые шкафы каждого этажа

с центральным распределительным узлом здания.
Подсистема кампуса соединяет сетевое оборудование нескольких зданий между собой. Эта часть кабельной системы обычно называется магистралью.

преимущества:
универсальность. Структурированная кабельная система может использоваться как единая среда

для передачи компьютерных данных в локальной сети ЭВМ, организации локальной телефонной сети, передачи видеоинформации и даже передачи сигналов от датчиков пожарной безопасности или охранных систем. Это позволяет автоматизировать многие процессы контроля, мониторинга и управления службами и системами жизнеобеспечения организации или военного объекта.
увеличение срока службы. Срок морального старения хорошо структурированной кабельной системы может составлять 10-15 лет.

преимущества:
уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест

размещения. Известно, что стоимость кабельной системы значительна и определяется в основном не стоимостью кабеля, а стоимостью работ по его прокладке. Поэтому более выгодно провести однократную работу по прокладке кабеля, возможно, с большим запасом по длине, чем несколько раз выполнять прокладку, наращивая длину кабеля. При таком подходе все работы по добавлению или перемещению пользователя сводятся к подключению компьютера к уже имеющейся розетке.

преимущества:
возможность легкого расширения сети. Структурированная кабельная система является модульной, поэтому

ее легко расширять. Например, к магистрали можно добавить новую подсеть, не оказывая никакого влияния на существующие подсети. Можно заменить в отдельной подсети тип кабеля независимо от остальной части сети. Структурированная кабельная система является основой для деления сети на легко управляемые логические сегменты, так как она сама уже разделена на физические сегменты.

преимущества:
обеспечение более эффективного обслуживания. Структурированная кабельная система облегчает обслуживание

и поиск неисправностей по сравнению с шинной кабельной системой. При шинной организации кабельной системы отказ одного из устройств или соединительных элементов приводит к трудно локализуемому отказу всей сети. В структурированных кабельных системах отказ одного сегмента не действует на другие.
надежность. Структурированная кабельная система имеет повышенную надежность, поскольку производитель такой системы гарантирует не только качество ее отдельных компонентов, но и их совместимость

па́ра (англ. twisted pair) — вид кабеля связи, представляет собой одну или

несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой, покрытых пластиковой оболочкой.
Свивание проводников производится с целью повышения степени связи между собой проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче сигналов. Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным шагом. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях
Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи разъёма 8P8C, который часто называют RJ45.

алюминиевой фольги вокруг скрученных пар, определяют разновидности данной технологии:
неэкранированная витая

пара (англ. UTP — Unshielded twisted pair) — без защитного экрана;
фольгированная витая пара (англ. FTP — Foiled twisted pair), также известна как F/UTP) — присутствует один общий внешний экран в виде фольги;
экранированная витая пара (англ. STP — Shielded twisted pair) — присутствует защита в виде экрана для каждой пары и общий внешний экран в виде сетки;
фольгированная экранированная витая пара (англ. S/FTP — Screened Foiled twisted pair) — внешний экран из медной оплетки и каждая пара в фольгированной оплетке;

изготовлены из монолитной медной проволоки толщиной 0,4 (амер. 26AWG)—0,6 мм (22AWG).

В стандартных 4-х парных кабелях используются проводники диаметром 0,51 мм (24AWG). Толщина изоляции проводника — около 0,2 мм,
Материалы изоляции - поливинилхлорид (английское сокращение PVC), для кабелей 5 категории — полипропилен (PP), полиэтилен (PE). Особенно высококачественные кабели имеют изоляцию из вспененного (ячеистого) полиэтилена, который обеспечивает низкие диэлектрические потери, или тефлона, обеспечивающего широкий рабочий диапазон температур
Также внутри кабеля встречается так называемая «разрывная нить» (обычно капрон),
Маркировка кабеля содержит данные о производителе и типе кабеля, включает в метровые или футовые метки.
Кабели для наружной прокладки обязательно имеют влагостойкую оболочку из полиэтилена, которая наносится (как правило) вторым слоем поверх обычной, поливинилхлоридной. Кроме этого, возможно заполнение пустот в кабеле водоотталкивающим гелем и бронирование с помощью гофрированной ленты или стальной проволоки.

частотный диапазон.
Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар

проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины.
Категории неэкранированной витой пары описываются в стандарте EIA/TIA 568 (Американский стандарт проводки в коммерческих зданиях) и в международном стандарте ISO 11801, а также приняты ГОСТ Р 53246-2008 (перевод американского ANSI/TIA/EIA-568B) и ГОСТ Р 53245-2008 (перевод одного из руководств производителя).

IEEE)

для соединения порта сетевой карты с коммутатором,
для создания перекрёстного

(использующего кроссированный MDI, MDI-X) кабеля, имеющего инвертированную разводку контактов разъёма для соединения напрямую двух сетевых плат, установленных в компьютеры, а также для соединения некоторых коммутаторов (uplink-порт).

для гигабитного. При использовании 100-мегабитного соединения используются только 2 из

4 пар, а именно оранжевая и зелёная. Синяя и коричневая пары в таком случае могут быть использованы для подключения второго компьютера по тому же кабелю. Каждый конец кабеля раздваивают на два по две пары. Однако данная схема подключения может снизить скорость и качество передачи информации. При использовании гигабитного соединения используются 4 пары проводников.
Также существуют ограничения на выбор схемы перекрёстного соединения жил, накладываемые стандартом Power over Ethernet (POE), Power over Ethernet стандартизирован по стандарту IEEE 802.3af-2003). При прямом соединении жил в кабеле («один к одному»), данный стандарт будет работать автоматически.

решений, методов доступа к сетевым ресурсам и используемых протоколов.
Архитектура

локальных сетей ЭВМ базируется на принципе многоуровневого управления процессами, реализуемого иерархической совокупностью протоколов и интерфейсов, и практически полностью соответствует семиуровневой архитектуре эталонной модели взаимодействия открытых систем (модели OSI).
Основное отличие архитектур заключается в реализации физического и канального уровней. Эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей. Физический уровень определяет тип используемого кабеля, электрических разъемов, форму и способ кодирования дискретных сигналов.
Канальный уровень обеспечивает передачу информационных кадров (пакетов) между абонентскими системами, входящими в состав одной сети.

рабочей группой 802 IEEE (Института инженеров по электротехнике и электронике

США).
Для каждого из этих стандартов определены спецификации физического уровня, определяющие среду передачи данных (коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель), ее параметры, а также методы кодирования информации для передачи по данной среде.

OSI - физический и канальный. Это связано с тем, что

именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей.
Старшие же уровни, начиная с сетевого, в значительной степени имеют общие черты как для локальных, так и для глобальных сетей.

уровня на два подуровня ВСПОМИНАЕМ!!!

подуровень управления доступом к

среде (Media Access Control, MAC)
подуровень логической передачи данных (Logical Link Control, LLC).

MAC-уровень появился из-за существования в локальных сетях разделяемой среды передачи данных. Именно этот уровень обеспечивает корректное совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом в распоряжение той или иной станции сети. После того, как доступ к среде получен, ею может пользоваться следующий подуровень, организующий надежую передачу логических единиц данных - кадров информации. В современных локальных сетях получили распространение несколько протоколов MAC-уровня, реализующих различные алгоритмы доступа к разделяемой среде. Эти протоколы полностью определяют специфику таких технологий как Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.
Уровень LLC отвечает за достоверную передачу кадров данных между узлами, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. Для уровня LLC также существует несколько вариантов протоколов, отличающихся наличием или отсутствием на этом уровне процедур восстановления кадров в случае их потери или искажения, то есть отличающихся качеством транспортных услуг этого уровня.
Протоколы уровней MAC и LLC взаимно независимы - каждый протокол MAC-уровня может применяться с любым типом протокола LLC-уровня и наоборот.

уровня технологии Ethernet используется манчестерский код.
Все виды стандартов Ethernet используют

один и тот же метод разделения среды передачи данных - метод CSMA/CD (метод коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий)

упаковать данные в кадр соответствующего формата. Затем для предотвращения смешения

сигналов с сигналами другой передающей станции, MAC-узел должен прослушивать электрические сигналы на кабеле и в случае обнаружения несущей частоты отложить передачу своего кадра. После окончания передачи по кабелю станция должна выждать небольшую дополнительную паузу, называемую межкадровым интервалом (interframe gap), что позволяет узлу назначения принять и обработать передаваемый кадр, и после этого начать передачу своего кадра.

принимаемыми по общему кабелю битами, чтобы вовремя обнаружить коллизию. Если

коллизия не обнаружена, то передается весь кадр, поле чего MAC-уровень узла готов принять кадр из сети либо от LLC-уровня.
Если же фиксируется коллизия, то MAC-узел прекращает передачу кадра и посылает jam-последовательность, усиливающую состояние коллизии. После посылки в сеть jam-последовательности MAC-узел делает случайную паузу и повторно пытается передать свой кадр.
В случае повторных коллизий существует максимально возможное число попыток повторной передачи кадра (attempt limit), которое равно 16. При достижении этого предела фиксируется ошибка передачи кадра, сообщение о которой передается протоколу верхнего уровня.

новой попыткой случайным образом увеличивает длительность паузы между попытками.
Пауза всегда

составляет целое число так называемых интервалов отсрочки.
Интервал отсрочки (slot time) - это время, в течение которого станция гарантированно может узнать, что в сети нет коллизии. Это время тесно связано с другим важным временным параметром сети - окном коллизий (collision window)
Окно коллизий равно времени двукратного прохождения сигнала между самыми удаленными узлами сети - наихудшему случаю задержки, при которой станция еще может обнаружить, что произошла коллизия. Интервал отсрочки выбирается равным величине окна коллизий плюс некоторая дополнительная величина задержки для гарантии:
интервал отсрочки = окно коллизий + дополнительная задержка

интервалов, величина которых для битовой скорости 10 Мб/с составляет 0.1

мкс и равна времени передачи одного бита.
Величина интервала отсрочки в стандарте 802.3 определена равной 512 битовым интервалам, и эта величина рассчитана для максимальной длины коаксиального кабеля в 2.5 км. Величина 512 определяет и минимальную длину кадра в 64 байта, так как при кадрах меньшей длины станция может передать кадр и не успеть заметить факт возникновения коллизии из-за того, что искаженные коллизией сигналы дойдут до станции в наихудшем случае после завершения передачи. Такой кадр будет просто потерян.

работе узлов сети коллизии всегда четко распознавались. Именно для этого

минимальная длина поля данных кадра должна быть не менее 46 байт (что вместе со служебными полями дает минимальную длину кадра в 64 байта). Длина кабельной системы выбирается таким образом, чтобы за время передачи кадра минимальной длины сигнал коллизии успел бы распространиться до самого дальнего узла сети. Поэтому для скорости передачи данных 10 Мб/с, используемой в стандартах Ethernet, максимальное расстояние между двумя любыми узлами сети не должно превышать 2500 метров.
Независимо от реализации физической среды, все сети Ethernet должны удовлетворять двум ограничениям, связанным с методом доступа:

максимальное расстояние между двумя любыми узлами не должно превышать 2500 м,
в сети не должно быть более 1024 узлов.

64+8 =72 байта или 576 битов, то на его передачу

затрачивается 57.6 мкс. Прибавив межкадровый интервал в 9.6 мкс, получаем, что период следования минимальных пакетов равен 67.2 мкс. Это соответствует максимально возможной пропускной способности сегмента Ethernet в 14880 п/с.

используются заголовки 4-х типов.
под заголовком кадра понимается весь набор

полей фрейма, которые относятся к канальному уровню):
· Кадр 802.3/LLC (или кадр Novell 802.2)
· Кадр Raw 802.3 (или кадр Novell 802.3)
· Кадр Ethernet DIX (или кадр Ethernet II)
· Кадр Ethernet SNAP

служит для тактовой синхронизации приемника.
Поле SFD, Start of Frame Delimiter

– начальный ограничитель кадра. Выполняет функцию флага для цикловой синхронизации приемника. Получив этот байт, приемник понимает, что следующим байтом будет первый байт заголовка кадра.
Адрес назначения и адрес источника – это адреса подуровня управления доступом к среде (MAC, Media Access Control) канального уровня структуры стандартов IEEE 802.x, или MAC-адреса. Для простоты эти адреса можно считать адресами канального уровня, т.к., например, в наиболее часто используемом формате кадра Ethernet II (DIX) поле подуровня управления логическим каналом (LLC, Logical Link Control) отсутствует. MAC-адреса называются также локальными, аппаратными или физическими адресами.,
Фактически, MAC-адрес – это адрес сетевой платы хоста, записанный ее производителем в ПЗУ. Он состоит из 48 разрядов.

организации (OUI, Organizationally Unique Identifier), назначаемого Комитетом IEEE каждому производителю

оборудования, и 24-разрядов, назначаемых самим производителем каждой изготовленной им плате. Например, для компании Cisco Комитет OUI назначил OUI 00 60 2F (в шестнадцатеричной форме). Таким образом, в старших 24 разрядах MAC-адреса всех сетевых плат, произведенных компанией Cisco, будет двоичная комбинация 0000 0000 0110 0000 0010 1111.
В поле тип протокола указывается идентификатор протокола вышележащего уровня, вложившего свой пакет в поле данных кадра..
В поле данные вкладывается протокольный блок данных вышележащего уровня, например, пакет IP. Для обеспечения надежного распознавания коллизий длина поля данных не должна быть меньше 46 байт. Если в поле данных вкладывается пакет длиной менее 46 байт, поле данных дополняется до 46 байт нулями или единицами.
Контрольная последовательность кадра (FCS, Frame Check Sequence) – это 32 бита циклического избыточного кода для обнаружения ошибок.

среды существует несколько вариантов технологии. Большинство Ethernet-карт и других устройств

имеет поддержку нескольких скоростей передачи данных, используя автоопределение (autonegotiation) скорости и дуплексности, для достижения наилучшего соединения между двумя устройствами. Если автоопределение не срабатывает, скорость подстраивается под партнёра, и включается режим полудуплексной передачи.

существовала в двух вариантах Version 1 и Version 2, формат

кадра последней версии до сих пор имеет широкое применение.
1BROAD36 — широкого распространения не получил. Один из первых стандартов, позволяющий работать на больших расстояниях. Использовал технологию широкополосной модуляции, похожей на ту, что используется в кабельных модемах. В качестве среды передачи данных использовался коаксиальный кабель.
1BASE5 — также известный, как StarLAN, стал первой модификацией Ethernet-технологии, использующей витую пару. Работал на скорости 1 Мбит/с, но не нашёл коммерческого применения.

технологии со скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Следуя раннему стандарту IEEE

использует коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом (RG-8), с максимальной длиной сегмента 500 м.
10BASE2, IEEE 802.3a («Тонкий Ethernet») — используется кабель RG-58, с максимальной длиной сегмента 185 м, компьютеры присоединялись один к другому, для подключения кабеля к сетевой карте нужен T-коннектор, а на кабеле должен быть BNC-коннектор. Требуется наличие терминаторов на каждом конце. Многие годы этот стандарт был основным для технологии Ethernet.
StarLAN 10 — Первая разработка, использующая витую пару для передачи данных на скорости 10 Мбит/с. В дальнейшем эволюционировал в стандарт 10BASE-T.
10BASE-T, IEEE 802.3i — для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары (две скрученные пары) категории-3 или категории-5. Максимальная длина сегмента 100 метров.

Ethernet, использующий для передачи данных оптический кабель. Максимальное расстояние передачи

данных без повторителя 1 км.
10BASE-F, IEEE 802.3j — Основной термин для обозначения семейства 10 Мбит/с ethernet-стандартов, использующих оптический кабель на расстоянии до 2 километров: 10BASE-FL, 10BASE-FB и 10BASE-FP. Из перечисленного только 10BASE-FL получил широкое распространение.
10BASE-FL (Fiber Link) — Улучшенная версия стандарта FOIRL. Улучшение коснулось увеличения длины сегмента до 2 км.
10BASE-FB (Fiber Backbone) — Сейчас неиспользуемый стандарт, предназначался для объединения повторителей в магистраль.
10BASE-FP (Fiber Passive) — Топология «пассивная звезда», в которой не нужны повторители — никогда не применялся.

стандартов, использующих в качестве среды передачи данных витую пару. Длина

сегмента до 100 метров. Включает в себя стандарты 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.
100BASE-TX, IEEE 802.3u — развитие стандарта 10BASE-T для использования в сетях топологии «звезда». Задействована витая пара категории 5, фактически используются только две неэкранированные пары проводников, поддерживается дуплексная передача данных, расстояние до 100 м.
100BASE-T4 — стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы все четыре пары проводников, передача данных идёт в полудуплексе. Практически не используется.
100BASE-T2 — стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы только две пары проводников. Поддерживается полный дуплекс, когда сигналы распространяются в противоположных направлениях по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении — 50 Мбит/с. Практически не используется.

в полудуплексе (для гарантированного обнаружения коллизий) или 2 километра в

полном дуплексе.
100BASE-FX — стандарт, использующий одномодовое волокно. Максимальная длина ограничена только величиной затухания в оптическом кабеле и мощностью передатчиков, по разным материалам от 2х до 10 километров.
100BASE-FX WDM — стандарт, использующий одномодовое волокно. Максимальная длина ограничена только величиной затухания в волоконно-оптическом кабеле и мощностью передатчиков. Интерфейсы бывают двух видов, отличаются длиной волны передатчика и маркируются либо цифрами (длина волны) либо одной латинской буквой A(1310) или B(1550). В паре могут работать только парные интерфейсы: с одной стороны передатчик на 1310 нм, а с другой — на 1550 нм.

витую пару категорий 5e. В передаче данных участвуют 4 пары.

Скорость передачи данных — 250 Мбит/с по одной паре. Используется метод кодирования PAM5, частота основной гармоники 62,5 МГц. Расстояние до 100 метров
1000BASE-TX был создан Ассоциацией Телекоммуникационной Промышленности (англ. Telecommunications Industry Association, TIA) и опубликован в марте 2001 года как «Спецификация физического уровня дуплексного Ethernet 1000 Мб/с (1000BASE-TX) симметричных кабельных систем категории 6 (ANSI/TIA/EIA-854-2001)» (англ. «A Full Duplex Ethernet Specification for 1000 Mbis/s (1000BASE-TX) Operating Over Category 6 Balanced Twisted-Pair Cabling (ANSI/TIA/EIA-854-2001)»). Стандарт, использует раздельную приёмо-передачу (по одной паре в каждом направлении), что существенно упрощает конструкцию приёмопередающих устройств. Ещё одним существенным отличием 1000BASE-TX является отсутствие схемы цифровой компенсации наводок и возвратных помех, в результате чего сложность, уровень энергопотребления и цена процессоров становится ниже, чем у процессоров стандарта 1000BASE-T. Но, как следствие, для стабильной работы по такой технологии требуется кабельная система высокого качества, поэтому 1000BASE-TX может использовать только кабель 6 категории. На основе данного стандарта практически не было создано продуктов, хотя 1000BASE-TX использует более простой протокол, чем стандарт 1000BASE-T, и поэтому может использовать более простую электронику.

или SFP.
1000BASE-SX, IEEE 802.3z — стандарт, использующий многомодовое волокно. Дальность прохождения

сигнала без повторителя до 550 метров.
1000BASE-LX, IEEE 802.3z — стандарт, использующий одномодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя зависит только от типа используемых приемопередатчиков и, как правило, составляет от 5 до 50 километров.
1000BASE-CX — стандарт для коротких расстояний (до 25 метров), использующий твинаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом (каждый из двух волноводов). Заменён стандартом 1000BASE-T и сейчас не используется.
1000BASE-LH (Long Haul) — стандарт, использующий одномодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя до 100 километров.

стандартов физической среды для LAN, MAN и WAN. В настоящее

время он описывается поправкой IEEE 802.3ae
10GBASE-CX4 — Технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 15 метров), используется медный кабель CX4 и коннекторы InfiniBand.
10GBASE-SR — Технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 26 или 82 метров, в зависимости от типа кабеля), используется многомодовое волокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров с использованием нового многомодового волокна (2000 МГц/км).
10GBASE-LX4 — использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому волокну. Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании одномодового волокна.

40 километров соответственно.
10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW — Эти стандарты используют физический

интерфейс, совместимый по скорости и формату данных с интерфейсом OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Они подобны стандартам 10GBASE-SR, 10GBASE-LR и 10GBASE-ER соответственно, так как используют те же самые типы кабелей и расстояния передачи.
10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 — принят в июне 2006 года после 4 лет разработки. Использует экранированную витую пару. Расстояния — до 100 метров.

полосе пропускания для вычислительных задач и приложений ядра сети растут

с разными скоростями, что определяет необходимость двух соответствующих стандартов для следующих поколений Ethernet — 40 Gigabit Ethernet (или 40GbE) и 100 Gigabit Ethernet (или 100GbE). В настоящее время серверы, высокопроизводительные вычислительные кластеры, блэйд-системы, SAN и NAS используют технологии 1GbE и 10GbE.