Компьютерные сети 2 (стр. 6 из 18)

802.2 – управление логической связью на подуровне LLC;

802.3 – локальная сеть с методом доступа CSMA/CD и топологией шина (Ethernet);

802.4 – локальная сеть с топологией шина и маркерным доступом (Token-Bus);

802.5 – локальная сеть с топологией кольцо и маркерным доступом (Token-Ring);

802.6 – городская сеть (Metropolitan Area Network, MAN) с расстояниями между абонентами более 5 км;

802.7 – широкополосная технология передачи данных;

802.8 – оптоволоконная технология;

802.9 – интегрированные сети с возможностью передачи речи и данных;

802.10 – безопасность сетей, шифрование данных;

802.11 – беспроводная сеть по радиоканалу (WLAN – Wireless LAN);

802.12 – локальная сеть с централизованным управлением доступом по приоритетам запросов и топологией звезда (100VGAnyLAN).

2.3. Аппаратура локальных сетей

Аппаратура локальных сетей обеспечивает реальную связь между абонентами. Выбор аппаратуры имеет важнейшее значение на этапе проектирования сети, так как стоимость аппаратуры составляет наиболее существенную часть от стоимости сети в целом, а замена аппаратуры связана не только с дополнительными расходами, но зачастую и с трудоемкими работами. К аппаратуре локальных сетей относятся:

кабели для передачи информации; разъемы для присоединения кабелей; согласующие терминаторы; сетевые адаптеры; репитеры; трансиверы; концентраторы; мосты; маршрутизаторы; шлюзы.

Сетевые адаптеры (они же контроллеры, карты, платы, интерфейсы, NIC – Network Interface Card) – это основная часть аппаратуры локальной сети. Назначение сетевого адаптера – сопряжение компьютера (или другого абонента) с сетью, то есть обеспечение обмена информацией между компьютером и каналом связи в соответствии с принятыми правилами обмена.

Функции сетевого адаптера делятся на магистральные и сетевые. К магистральным относятся те функции, которые осуществляют взаимодействие адаптера с магистралью (системной шиной) компьютера (то есть опознание своего магистрального адреса, пересылка данных в компьютер и из компьютера, выработка сигнала прерывания компьютера и т.д.). Сетевые функции обеспечивают общение адаптера с сетью.

Трансиверы, или приемопередатчики (от английского TRANsmitter + reCEIVER), служат для передачи информации между адаптером и кабелем сети или между двумя сегментами (частями) сети. Трансиверы усиливают сигналы, преобразуют их уровни или преобразуют сигналы в другую форму (например, из электрической в световую и обратно). Трансиверами также часто называют встроенные в адаптер приемопередатчики.

Репитеры, или повторители (repeater), выполняют более простую функцию, чем трансиверы. Они не преобразуют ни уровни сигналов, ни их физическую природу, а только восстанавливают ослабленные сигналы (их амплитуду и форму), приводя их к исходному виду. Цель такой ретрансляции сигналов состоит исключительно в увеличении длины сети (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Соединение репитером двух сегментов сети

Коммутаторы (свичи, коммутирующие концентраторы, switch), как и концентраторы, служат для соединения сегментов в сеть. Они также выполняют более сложные функции, производя сортировку поступающих на них пакетов.

Коммутаторы передают из одного сегмента сети в другой не все поступающие на них пакеты, а только те, которые адресованы компьютерам из другого сегмента. Пакеты, передаваемые между абонентами одного сегмента, через коммутатор не проходят. При этом сам пакет коммутатором не принимается, а только пересылается. Интенсивность обмена в сети снижается вследствие разделения нагрузки, поскольку каждый сегмент работает не только со своими пакетами, но и с пакетами, пришедшими из других сегментов.

Коммутатор работает на втором уровне модели OSI (подуровень MAC), так как анализирует МАС-адреса внутри пакета (рис.

2.6). Естественно, он выполняет и функции первого уровня.

Рис. 2.6. Функции коммутаторов в модели OSI

Мосты (bridge), маршрутизаторы (router) и шлюзы (gateway) служат для объединения в одну сеть несколько разнородных сетей с разными протоколами обмена нижнего уровня, в частности, с разными форматами пакетов, методами кодирования, скоростью передачи и т.д. В результате их применения сложная и неоднородная сеть, содержащая в себе различные сегменты, с точки зрения пользователя выглядит самой обычной сетью. Обеспечивается прозрачность сети для протоколов высокого уровня. Все они гораздо дороже, чем концентраторы, так как от них требуется довольно сложная обработка информации. Реализуются они обычно на базе компьютеров, подключенных к сети с помощью сетевых адаптеров. По сути, они представляют собой специализированные абоненты (узлы) сети.

Мосты – наиболее простые устройства, служащие для объединения сетей с разными стандартами обмена, например, Ethernet и Arcnet, или нескольких сегментов (частей) одной и той же сети, например, Ethernet (рис. 2.7). В последнем случае мост, как и коммутатор, только разделяет нагрузку сегментов, повышая тем самым производительность сети в целом. В отличие от коммутаторов мосты принимают поступающие пакеты целиком и в случае необходимости производят их простейшую обработку. Мосты, как и коммутаторы, работают на втором уровне модели OSI (рис. 2.6).

Маршрутизаторы осуществляют выбор оптимального маршрута для каждого пакета с целью избежания чрезмерной нагрузки отдельных участков сети и обхода поврежденных участков. Они применяются, как правило, в сложных разветвленных сетях, имеющих несколько маршрутов между отдельными абонентами. Маршрутизаторы не преобразуют протоколы нижних уровней, поэтому они соединяют только сегменты одноименных сетей.

Маршрутизаторы работают на третьем уровне модели OSI, так как они анализируют не только MAC-адреса пакета, но и IPадреса, то есть более глубоко проникают в инкапсулированный пакет (рис. 2.8).

Существуют также гибридные маршрутизаторы (brouter), представляющие собой гибрид моста и маршрутизатора. Они выделяют пакеты, которым нужна маршрутизация и обрабатывают их как маршрутизатор, а для остальных пакетов служат обычным мостом.

Рис. 2.8. Функции маршрутизатора в модели OSI

Шлюзы – это устройства для соединения сетей с сильно отличающимися протоколами, например, для соединения локальных сетей с большими компьютерами или с глобальными сетями. Это самые дорогие и редко применяемые сетевые устройства. Шлюзы реализуют связь между абонентами на верхних уровнях модели OSI (с четвертого по седьмой). Соответственно, они должны выполнять и все функции нижестоящих уровней.

Лекция 3. Формулы Шеннона и типы линий передачи, в которых используются модемы

3.1 Формулы Шеннона для непрерывного и дискретного каналов

В первоначальном смысле модем (модулятор-демодулятор) – это устройство, преобразующее цифровые данные от компьютера в аналоговые сигналы перед их передачей по последовательной линии и, после передачи, производящее обратное преобразование. Основная цель преобразования состоит в согласовании полосы частот, занимаемой сигналами, с полосой пропускания линии передачи. Сигналы могут занимать всю полосу пропускания линии передачи либо ее часть (при частотном разделении каналов, например, в случае организации полностью дуплексного обмена). Кроме того, модемы должны обеспечивать необходимую амплитуду и мощность сигналов для достижения большого отношения сигнал/шум и, как следствие обоих перечисленных факторов (полосы частот и отношения сигнал/шум), возможно большей скорости передачи. Подчеркивание основной (но не единственной) выполняемой модемами функции в названии устройств данного типа исторически связано с наиболее распространенным вариантом подключения отдельных компьютеров либо локальных сетей к аналоговой телефонной линии и, через нее, к другим компьютерам и сетям, в том числе к глобальной сети Интернет. Развиваются цифровые телефонные сети и сети передачи данных, в которых функции модемов изменяются (в частности, модуляция/демодуляция заменяется кодированием), но базовое название, тем не менее, сохраняется. Еще 5 лет назад трудно было предсказать, что станут практически доступными решения, обеспечивающие бурный рост скорости передачи информации по обычной аналоговой телефонной линии (более чем в 200 раз для технологии ADSL в сравнении со стандартом V.34). И это в условиях, когда, казалось бы, все резервы увеличения скорости были исчерпаны и достигнут теоретический предел скорости, определяемый теоремами Шеннона. Без сомнения, методы и средства обмена информацией между локальными сетями (или отдельными компьютерами) и глобальными сетями будут совершенствоваться и далее. Обзор доступных и перспективных технологий в этой области, представленный в данной главе, имеет целью не только их сравнительный анализ по характеристикам (прежде всего, по скорости передачи информации и расстоянию), но и пояснение принципов функционирования различных линий передачи, в которых используются модемы, и обеспечивается достижение предельных характеристик. Формулы Шеннона представляют собой математические записи теорем кодирования Шеннона для дискретных и непрерывных сообщений, передаваемых по каналам с ограниченной пропускной способностью на фоне шумов и помех. Каналы в зависимости от типов сигналов на входе и выходе принято делить на дискретные, непрерывные и смешанные. В общей структурной схеме канала передачи (см. рис. 3.1) дискретными являются каналы от входа модулятора до выхода демодулятора и от входа кодера до выхода декодера. Непрерывный (аналоговый) канал – это собственно последовательная линия передачи (телефонная линия, скрученная пара проводов, коаксиальный кабель и др.). Дискретные каналы не являются независимыми от аналогового канала, который часто образует наиболее «узкое место» при передаче и из-за собственной ограниченной полосы пропускания, внешних шумов и помех определяет общую достижимую скорость передачи (при заданном допустимом уровне ошибок при приеме).