Архитектура и ПО сетевых устройств. Основы сетевых технологий

1.

Московский технический университет связи и информатики
Кафедра: Мультимедийные Сети и Услуги Связи
Архитектура и ПО сетевых устройств
Основы сетевых технологий
Доцент Беленькая М.Н.
1

2.

Островки сетевых реализаций
2

3.

Гетерогенные сети
3

4.

Глобальные сети
Сети предприятий и глобальные сети
4

5.

Аналоговые и цифровые сигналы
Аналоговый сигнал
t
Амплитуда
Цифровой сигнал
5

6.

Характеристики аналогового сигнала
Фаза
t
Амплитуда
t
Частота
t
6

7.

Кодирование данных аналоговым сигналом
1
0
1
1
0
0
1
0
Фазовая модуляция (PSK)
Частотная модуляция (FSK)
Амплитудная модуляция (ASK)
7

8.

Способы модуляции сигнала QAM and TCM
Квадратурная амплитудная модуляция
(QAM, Quadrature Amplitude Modulation)
• Комбинация Амплитудной и Фазовой модуляций
• до 8 битов на бод
•Наиболее популярна
Модуляция с треллис-кодированием (TCM, Trellis Coded
Modulation)
•Производная от QAM
•Основана на алгоритме
•Данные кодируются до трансляции
8

9.

Кодирование данных цифровым сигналом
Data 0
Unipolar
Polar
Bipolar
RZ
Signal
NRZ
NRZI
Manchester
Differential
Manchester
1
1
0
1
0
0
1
1
+
0
+
0
+
0
+
0
+
0
+
0
+
0
+
0
9

10.

Частотный спектр и полоса пропускания
Человек слышит звуки частотой до 20000 HZ
3000 HZ
300 HZ
10

11.

Ограничение Найквиста
•Ограничение Найквиста:
скорость передачи информации по каналу с
ограниченным спектром не может превосходить
ширину этого спектра.
•Спектр передаваемого сигнала по аналоговому
каналу тональной частоты ограничен диапазоном от
300 до 3400 Гц, что ограничивает максимальную
скорость в 3100 бод.
11

12.

Биты и Боды
•Информационная скорость (Bit Rate)
• Скорость передачи данных по каналу связи
• Измеряется в битах в секунду
•Линейная или Бодовая скорость (Baud Rate)
• Скорость передачи сигнальных элементов по каналу
связи
• Измеряется в сигнальных элементах в секунду
• Бит/с = Бод X Кол. Битов на сигнальный элемент
БИТЫ
БОДЫ
Терминал
Модем
EIA
Модем
Терминал
EIA
12

13.

Кодирование информации
Дибитное кодирование
10
Трибитное кодирование
010
11
000
001
011
101
111
00
01
110
100
13

14.

Асинхронная передача данных
На данном рисунке предоставлен формат кадра при
асинхронной передаче данных
14

15.

Синхронная передача данных
SYNC
Признак начала
Данные (Блок или фрейм)
CRC
END
Признак конца
15

16.

Определение ошибок
Четность (parity):
при асинхронной передаче данных добавляется
специальный бит, показывающий четное или нечетное
количество “1” было послано
Проверка контрольной суммы
(CRC- cyclic Redundancy Check):
при синхронной передаче данных над блоком
передаваемых данных производятся определенные
логические операции, результат которых добавляется к
блоку данных.
FCS (Frame Check Sequence):
проверочная последовательность кадра служит для
обнаружения ошибок и формируется аналогично
циклическому коду HDLC.
16

17.

Микроволновая передача данных
Наземные системы
Спутниковые системы
17

18.

Модель OSI
Семь уровней модели OSI
Рабочая станция
Приложение
Представление
Сеанс
Транспорт
Сеть
Передача данных
Физический
18

19.

Уровень приложения
Процесс пользователя
Приложение
Процесс пользователя
Связь пользовательских
процессов
Приложение
Представление
Представление
Сеанс
Сеанс
Транспорт
Транспорт
Сеть
Сеть
Передача данных
Передача данных
Физический
Физический
Сеть
Передача данных Передача данных
Физический
Физический
Сеть
Передача данных Передача данных
Физический
Физический
19

20.

Уровень представления
Перекодировка данных для
правильной передачи
Представление
Представление
Сеанс
Сеанс
Транспорт
Транспорт
Сеть
Сеть
Передача данных
Передача данных
Физический
Физический
Сеть
Передача данных Передача данных
Физический
Физический
Сеть
Передача данных Передача данных
Физический
Физический
20

21.

Уровень сеанса
Диалог между двумя
программами уровня
приложения
Сеанс
Сеанс
Транспорт
Транспорт
Сеть
Сеть
Передача данных
Передача данных
Физический
Физический
Сеть
Передача данных Передача данных
Физический
Физический
Сеть
Передача данных Передача данных
Физический
Физический
21

22.

Транспортный уровень
Транспортная служба связи
абонентов
Транспорт
Транспорт
Сеть
Сеть
Передача данных
Передача данных
Физический
Физический
Сеть
Передача данных Передача данных
Физический
Физический
Сеть
Передача данных Передача данных
Физический
Физический
22

23.

Сетевой уровень
Сеть
Сеть
Передача данных
Передача данных
Физический
Физический
Сеть
Передача данных Передача данных
Физический
Физический
Сеть
Передача данных Передача данных
Физический
Физический
23

24.

Уровень передачи данных
Передача данных
Передача данных
Физический
Физический
Передача данных
Физический
Физический
Передача данных
Физический
Физический
24

25.

Подуровень LLC
LLC
802.2 LLC (Logical Link Control)
CSMA/CD
Token
Bus
Token
Ring
Wireless
LAN
Уровень
передачи
данных
MAC
MAC
MAC
MAC
MAC
Физический
уровень
Физический
уровень
Физический
уровень
Физический
уровень
Физический
уровень
25

26.

Физический уровень
Физический
-Среда
передачи;
Среда передачи:
-Контактная
часть;
-электрическая,
-Кодирование
1/0;
-оптическая,
-Hand
Shaking.
- радиолиния.
Физический
26

27. Протоколы и их место в модели OSI

27

28.

Мультиплексирование
28

29.

Мультиплексирование с частотным разделением
CHANNEL A (f1)
CHANNEL B (f2)
CHANNEL C (f3)
CHANNEL D (f4)
29

30.

Мультиплексирование с временным разделением
Channel D
Channel C
Channel B
Channel A
Channel D
Channel C
Channel B
Channel A
30

31.

Типы передачи данных
A
B
A
B
A
B
A
B
31

32. Топология систем передачи данных

32

33. Топология систем передачи данных

Гибридная топология
33

34. Методы доступа в канал

34

35. Интерфейсы и стандарты физического уровня

RS-232
RS-449
V.24
V.28
35

36. Примечание к стандартам

RS-232 — интерфейс передачи информации между двумя устройствами на расстоянии
до 15 метров. Информация передается по проводам с уровнями сигналов,
отличающимися от стандартных 5 В, для обеспечения большей устойчивости к помехам.
Логическому "0" соответствует положительное напряжение (от +5 до +15 В для
передатчика), а логической "1" отрицательное (от -5 до -15 В для передатчика).
Приемник воспринимает сигналы от +3 до +25 В для логического "0", и от -3 до -25 В для
логической "1". Асинхронная передача данных осуществляется с установленной
скоростью при синхронизации уровнем сигнала стартового импульса.
RS-232 идентичен стандартам МККТТ (CCITT) V.24/V.28, X.20bis/X.21bis и ISO IS2110.
Самой последней модификацией является модификация «Е», принятая в июле 1991 г.
как стандарт EIA/TIA-232E.
Стандартами электрического сигнала, предназначенными для использования с RS-449,
являются RS-422 для сбалансированных и RS-423 для несбалансированных сигналов
при скорости передачи данных до 2 Мбит/с. Стандарт определяет DC-37 и DE-9 для
первичных и вторичных схем данных. Хотя такие разъёмы никогда не применялись
в персональных компьютерах, этот интерфейс можно найти в некоторых сетевых
средствах связи.
36

37. Сегментом сети является небольшая сеть, которая соединяется с другими сегментами и образовывает большую сеть.

Репитеры, мосты, роутеры, шлюзы.
Сегментом сети является небольшая сеть, которая соединяется с другими сегментами и образовывает
большую сеть.
Функциональные уровни модели OSI
Приложение
Представление
Сеанс
Транспорт
Сеть
Канал связи
Физический
Репитер
Мост
Коммутатор
Роутер
Шлюз
Репитер
Работает на физическом (Physical) уровне модели OSI. Репитер регенерирует цифровые сигналы.
Мост.
Работает на на уровне “Канал связи” (Data Link) модели OSI. Мост разделяет сети: принимает весь трафик
подсоединённых сетей, у каждого пакета проверяет адрес назначения и допускает или запрещает его
прохождение.
Роутер
Работает на сетевом уровне модели OSI (Network). Рутер соединяет сети: анализирует логический адрес
каждого пакета данных, в отличие от моста, рутер принимает только пакеты, адресованные именно ему. Затем
роутер выбирает оптимальный путь для перемещения пакета по большой сети.
37

38. Репитеры, мосты, роутеры, шлюзы и их функции

38

39. Репитеры, мосты, роутеры, шлюзы и их функции

39

40. Протоколы и стандарты уровня Data Link

40

41. Ethernet

41

42. Token Ring, FDDI

42

43. ATM, иерархическая модель

Асинхронный режим передачи
Отсутствие контроля ошибок и повторной передачи на физическом
уровне.
Сложное администрирование и отсутствие автоматических средств
обработки перегрузок
Физический уровень - две скорости обмена: 155,52 и 622,08 Мбит/с,
соответствуют уровням иерархии SDH STM-1 и 4*STM-1. При
номинальной скорости 155.52 Мбит/с реальная скорость
обмена - 135 Мбит/c (издержки на заголовки и управление).
43

44. SDH, иерархия мультиплексирования

Стандарт SDH (synchronous
digital hierarchy) – европейская
модификация американского
стандарта на передачу данных
по оптическим каналам связи
SONET (synchronous optical
network)
Назначение:
мультиплексирование потоков
разнородных и
разноскоростных данных при
формировании региональных
и межрегиональных каналов.
44

45. Протоколы и стандарты сетевого уровня

45

46. Протоколы и стандарты сетевого уровня

46

47. UDP - диаграмма данных пользовательского протокола

Уровни приложений
Сегмент 1 Сегмент 2
Сегмент n-2 Сегмент n-1 Сегмент n
Файл
Транспортный уровень
UDP
UDP
UDP
UDP Сегмент файла n
Сетевой уровень
IP
IP
IP
IP
Номер протокола
UDP Data
UDP Data
UDP Data
UDP данные
Ethernet/Token Ring/PSTN/X25/etc..
Ethernet
IP данные
47

48. Передача IP пакета в сети Ethernet

Подсеть : B
Подсеть: A
IP: A123
MAC: 345
IP: B367
MAC: 469
IP: A456 IP: A765
MAC: 367 MAC: 415
Корпоративная
сеть передачи
данных
Маршрутизатор
IP: B238
MAC: 178
IP: B687
MAC: 987
Маршрутизатор
5
4
1
7
B687 A123
2
B687 A123
8
987 469 B687 A123
3
415 345
данные
данные
данные
48

49. IP пакет (диаграмма данных протокола Интернет - Internet Protocol Datagram)

32-бита
Версия
Длина
заголовка
Тип сервиса
Идентификация
Время жизни
Протокол
Общая длина
Флажки
Смещение фрагмента
Контрольная сумма заголовка
исходный IP-адрес
IP-адрес получателя
Опции
«Прозрачные» данные
49

50. Классы адресов Internet

24
31
A
0 Сеть № (7)
Хост № (24)
31 30
B
0
16
1 0 Сеть № (14)
0
Хост № (16)
31 30 29
C
110
8
Сеть № (21)
31 30 29 28
D
1110
0
Хост № (8)
0
Групповой адрес
50

51. Запись Internet адреса

Точечно-десятичная запись
№ бита
31
24 23
16 15
8 7
0
11000010 11011100 10000101 00111100
бинарный
C2
шестнадцатеричный
DC
95
3C
194.220.133.60
(пример IP адреса)
51

52. Адресация в Internet (пример)

Имя домена
Сетевое имя
amanders.sales.fluke.nl
Имя пользователя
Системное имя домена
“TCP/IP приложения”
IP адрес
194.220.133.60
Сетевой адрес
(C-class!)
Адрес хоста
52

53. Серверы системных имен доменов

cable.nl
DNS
Нет!
Тебе известен IP адрес [email protected]??
129.45.192.7
Тебе известен?
Нет!
DNS
194.221.133.0
Маршрутизатор
lanm.nl
Маршрутизатор
Да!
DNS
Имя
andrem.lanm.nl
henkm.lanm.nl
peterb.cable.nl
IP-адрес
193.43.121.21
193.43.121.47
129.45.192.7
andrem
193.43.121.21
Маршрутизатор
193.43.121.0
53

54. Маска (под)сети

194 . 220 .
31
24 23
16 15
133 .
60
8 7
0
11000010 11011100 10000101 00111100
255 .
255 .
255 .
0
11111111 11111111 11111111 00000000
Mask
Если бит маски равен “1”, то эквивалентный бит в адресе принадлежит
сетевому адресу. Если бит маски равен “0”, то эквивалентный бит
принадлежит номеру хоста (главного компьютера) сети.
54

55. Правила построения сетей Ethernet

Параметры
Скорость
передачи
данных
Полоса
пропускания
Протокол
Топология
кабельной
системы
Среда
передачи
Shared
100BASE-TX
Switched
100BASE-TX,
100BASE-FX
1000BASE-T,
1000BASE-LX,
1000BASE-SX,
1000BASE-CX
10BASE5
10BASE2
Switched
10BASE-T,
10BASE-F
10Мб/с
10Мб/с
10Мб/с
100Мб/с
100Мб/с
1000Мб/с
10Мб/с
10Мб/с
10Мб/с
100Мб/с
100Мб/с
1000Мб/с
CSMA/CD
CSMA/CD
CSMA/CD
CSMA/CD
CSMA/CD
CSMA/CD
шина
шина
звезда
звезда
звезда
звезда
«толстый»
(thick)
коаксиальный
кабель
«тонкий» (thin)
коаксиальный
кабель
Cat 3-5UTP,
Type1 STP,
and fiber
Cat 5UTP,
Type1 STP, and
fiber
Cat 5UTP и
выше,
Type1 STP, and
fiber
Cat 5UTP,
Type1 STP,
and fiber
55

56. Правила построения сетей Ethernet

Некоммутируемые сети
56

57. Правила построения сетей Ethernet

Гигабитные сети
57

58. Правила использования пар проводов витой пары

58

59. Концепция SNMP

Агент
DBS
Агент
FS
Агент
Router
Агент
Switch
WS
WS
SNMP
Manager
WS
59

60. Структурированные кабельные системы

60

61.

Оптоволоконный ввод
FO 12, MM, LSZH Магистраль
c резерв иров анием жил
Пигтейлы с разъемом SC, SM
Сплайсы, SM
12xSC, SM
НС
12xSC, MM
Джампер-корд сдвоенный 2хSC, SМ
SM, 32-Fiber Cable
Вводной
оптоволоконный
бокс
Панель для
сплайсов
EF
Кросс АТС
110 или
CRONE
ATC
24xRJ45
UTP, cat. 3
Конвертер
UTP cat. 5,
резервирование
магистрали
110
НС
НС
UTP, cat. 3
MC
Патч-корд UTP 2xRJ45
Конвертер
Router
Switch
ER
Шкаф или стойка
В частном случае
при отсутствии
оптического порта
ER
EF
Ввод
MC
Главный центр коммутации
ER
Помещение для размещения
оборудования
61

62. Организация сети кабельного телевидения

кабельные прокладки
в коллекторе
Оптоволокно на район в
коллекторе СХК
Местная студия
телевидения
цифров ой
TV
Кабельный
модем
10 Мбит/с
...
Эфирная головная
станция
Кабельный
куст на
микрорайон
Узел
ввода
сигнала
Кабельный
куст на
микрорайон
от ТВ студии
Тюнер аналогов ого
TV сигнала
модем
19,2 Кбит/с
Multimedia PC
аналогов ы
й
TV
Диспетчерский
пульт
Система мониторинга
городского хозяйства
Газ
Вода
Свет
Набор датчиков
Тепло
модем
19,2 Кбит/с
оптоволоконные линии связи
медные линии связи
62

63. Вариант организации предоставления услуг передачи данных по существующей меди.

xDSL RTR
Сеть
Сеть
Сеть
Сеть
xDSL RTR
xDSL RTR
xDSL RTR
кБ
ит
/с
/с
Главный узел
связи/передачи
данных
Бит
2048 к
20
48
/с
ит
кБ
48
20
20
48
кБ
ит/
с
xDSL RTR
/с
Сеть
2048 к
Бит
Объекты городского
хозяйства
xDSL RTR
2048 к
Бит
/с
Консоль управления
оборудованием сети доступа
оптоволоконный канал связи
имеющаяся кабельная сеть
xDSL DSLAM
63

64. Сетевая технология

Ядро
операционной
системы
Ядро
СУБД
Сервер
баз
данных
Сервер сетевой
операционной
системы
Сервер
печати
Сервер
диагностики/
сбора статистики
Факссервер
Webсервер
Сервер
удаленного
доступа
Маршрутизатор
Сервер
электронной
почты
Сервер
архивирования/
восстановления
Система ведения
архивных копий
64

65. Топология городской системы

LAN
MAN / LAN
Первичная сеть
WAN / MAN
Interconnection
Первичная сеть
MAN / LAN
Branching
Вторичная сеть
(Сеть доступа)
Главный узел
Магистральный узел
Узел доступа
WAN
Магистральная сеть
Локальная сеть
(Здание/Кампус)
Сеть узлов доступа
Абонент кабельного ТV
Абонент ПД, телемат. услуг,
IP-телефонии,
датчики городского хозяйства
Волоконно-оптический кабель
Медный кабель
Коаксиальный кабель
65