...
...

OSI и ее протоколы. Часть 6

Напомню нашим читателям, что в предыдущих номерах мы коснулись краткого описания протоколов сетевого уровня сетевой модели OSI. Следующим уровнем, который следует рассмотреть, является канальный.

Второй уровень модели OSI предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля над ошибками, которые могут возникнуть. Полученные с физического уровня данные он упаковывает в кадры данных, проверяет на целостность, если нужно, исправляет ошибки и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимодействием. Согласно спецификации IEEE 802 данный уровень подразделяется на 2 подуровня:

. MAC (Media Access Control) регулирует доступ к разделяемой физической среде;
. LLC (Logical Link Control) обеспечивает обслуживание сетевого уровня. На этом уровне работают коммутаторы, мосты и сетевые адаптеры. К протоколам сетевого уровня относятся: ARCnet, ATM, DTM, SLIP, SMDS, Ethernet, FDDI, Frame Relay, LocalTalk, Token ring, PPP, PPPoE, StarLan, WiFi, PPTP, L2F, L2TP, PROFIBUS и др.

Ethernet

Ethernet (эзернет, от лат.: aether — эфир) — представляет собой пакетную технологию компьютерных сетей. Стандарты Ethernet регламентируют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, а также формат пакетов и протоколы управления доступом к среде на канальном уровне модели OSI. Не секрет, что именно Ethernet стал самой распространенной технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив Arcnet и Token ring. Технология Ethernet была разработана корпорацией Xerox PARC. Принято считать, что Ethernet был изобретен 22 мая 1973 г., когда Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) представил свой отчет главе PARC о потенциале технологии Ethernet. Вскоре после своего появления Ethernet активно начал соперничество с двумя крупными уже запатентованными на то время технологиями token ring и ARCNET, которые вскоре были практически вытеснены Ethernet. В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать кабель витая пара и оптический кабель. Краткие технические характеристики Ethernet v1.0 следующие:

. множественный доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений (CSMA/CD, Carrier Sense Multiply Access with Collision
Detection);
. скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт;
. количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочие станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жесткие ограничения — например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов.

В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с, а позже — стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с. Появилась возможность работы в режиме полного дуплекса. В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель:

В дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель. Уже в 1995 году был принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с, а позже — IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с. Появилась возможность работы в режиме полного дуплекса.

Быстрый Ethernet (100 Мбит/с) (Fast Ethernet)

100BASE-T подразумевает один из трех стандартов 100 Мбит/с Ethernet и использует в качестве среды передачи данных витую пару. Длина сегмента ограничена 100 метрами. 100BASE-T включает в себя:
. 100BASE-TX
. 100BASE-T4
. 100BASE-T2

Рассмотрим каждый стандарт более подробно.
100BASE-TX подразумевается использование топологии типа звезда. При этом задействован кабель витая пара пятой категории (на кабеле обычно можно встретить маркировку 5Е), в котором фактически используются две пары проводников; максимальная скорость передачи данных — 100 Мбит/с.

100BASE-T4 подразумевает использование кабеля третьей категории. При передаче сигнала задействованы все 4 пары. Передача данных идет в полудуплексном режиме. В настоящее время практически не используется.

100BASE-T2 на сегодняшний день можно считать глубоким архаизмом. Используется только 2 пары. Поддерживается полнодуплексный режим передачи, при котором сигналы распространяются в противоположных направления по каждой паре. Скорость передачи в одном из направлений — 50 Mбит/с. Ну и, наконец, 100BASE-FX, который по праву можно считать самым надежным стандартом. Почему, догадаться нетрудно, ведь сигнал передается не с помощью электрических сигналов, подверженных ЭМ-наводкам, а с помощью света.

Передача сигнала в данном случае осуществляется с помощью оптоволоконного кабеля. Максимальная длина сегмента составляет:
. 400 метров в полудуплексном режиме (для гарантированного обнаружения коллизий);
. 2 километра в полнодуплексном режиме по многомодовому оптическому волокну;
. 32 километров по одномодовому.

Наверняка читателю станет интересно, чем же обусловлена такая разница расстояний между одно- и многомодовыми волокнами: традиционно для многомодового волокна в качестве излучающего элемента использовались светодиоды, а для одномодового — более дорогие лазеры.

Гигабитный Ethernet

Как и следует из названия, нижеописанные стандарты используются для передачи данных со скоростями, приближающимися к 1 Гбит/c.

Итак:
1000BASE-T — стандарт Ethernet 1 Гбит/с, подразумевающий использование витой пары пятой категории или категории 6. В передаче данных участвуют все 4 пары. Скорость передачи данных около 250 Мбит/с по одной паре.
1000BASE-TX — стандарт Ethernet 1 Гбит/с, использующий витую пару исключительно шестой категории . Практически не используется.

Для обозначения технологии, использующей в качестве среды передачи данных оптоволоконный кабель применяется 1000Base-X, который включает в себя следующие стандарты:
. 1000BASE-SX
. 1000BASE-LX
. 1000BASE-CX

1000BASE-SX (IEEE 802.3z) — 1 Гбит/с Ethernet-технология, использущая многомодовое волокно. При этом дальность прохождения сигнала без повторителя составляет до 550 метров.

1000BASE-LX — технология, подразумевающая использование многомодового волокна. Дальность прохождения сигнала без повторителя аналогична вышеописанному стандарту. Стандарт оптимизирован для дальних расстояний (при использовании одномодового волокна дальность передачи сигнала приближается к 10 км).

1000BASE-LH (Long Haul) технология использует одномодовый оптический кабель, при этом дальность прохождения сигнала без повторителя может достигать 100 км.

Дабы не утомлять читателя многочисленными стандартами 10 гигабит Ethernet, приведу лишь их краткое перечисление с указанием дальности передачи сигнала:
. 10GBASE-SR (300 м)
. 10GBASE-LX4 (10 км)
. 10GBASE-LR и 10GBASE (40 км)
. 10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW (1 км)
. 10GBASE-T (100 м)

Заканчивая разговор о стандарте 10 гигабит Ethernet, уместно сказать, что данный стандарт только входит в обиход, и поэтому потребуется время, чтобы понять, какие из вышеперечисленных стандартов передающих сред окажутся оптимальными и будут реально востребованы на рынке.

Token Ring

Когда мы говорим о Token Ring, то подразумеваем такой тип сети, в которой все компьютеры схематически объединены в кольцо. Несомненно, что как некогда конкурировавший с Ethernet данный стандарт имеет свои плюсы и минусы. Минусы бросаются в глаза сразу — топология типа кольцо достаточно уязвима: стоит только одному из узлов выйти из строя, как система перестанет нормально работать. Плюсы такой системы — высокая производительность и стабильность, причины которых станут очевидны чуть ниже. По кольцу от компьютера к компьютеру (станции сети) передается специальный блок данных, называемый маркером (англ.: token). Когда какой-либо станции требуется передача данных, маркер ею модифицируется и больше не распознается другими станциями как спецблок, пока не дойдет до адресата. Адресат принимает данные и запускает новый маркер по кольцу. На случай потери маркера или хождения данных, адресат которых не находится, в сети присутствует машина со специальными полномочиями, умеющая удалять безадресные данные и запускать новый маркер.

Token ring был разработан компанией IBM в 1984 году. В 1985 комитет IEEE 802 на основе этой технологии принял стандарт IEEE 802.5. В последнее время даже в продукции IBM доминируют технологии семейства Ethernet, несмотря на то, что ранее в течение долгого времени компания использовала Token Ring в качестве основной технологии для построения локальных сетей.

FDDI

FDDI (англ.: Fiber-Distributed Data Interface — распределенный волоконный интерфейс данных) — стандарт передачи данных в локальной сети. Стандарт был разработан в середине 80-х годов Американским национальным институтом стандартов (ANSI) и получил номер ANSI X3T9.5. FDDI предусматривает передачу данных до 200 км. Стандарт основан на вышеупомянутом протоколе token ring. Кроме большой территории, сеть FDDI способна поддерживать несколько тысяч пользователей. В качестве среды передачи данных в FDDI используется оптоволоконный кабель, однако можно использовать и медный кабель — в таком случае применяется акроним CDDI (Copper Distributed Data Interface). В качестве топологии используется схема двойного кольца, при этом данные в кольцах циркулируют в разных направлениях:

Одно кольцо считается основным — по нему передается информация в обычном состоянии; второе кольцо считается резервным — по нему передаются данные в случае обрыва на первом кольце. Для контроля состояния кольца используется сетевой маркер, подобный используемому в token ring. Поскольку такое дублирование повышает надежность системы, данный стандарт с успехом применяется в магистральных каналах связи.

ATM

ATM — Asynchronous Transfer Mode (асинхронный способ передачи данных) представляет собой сетевую технологию, основанную на передаче данных в виде ячеек (cell) или пакетов фиксированного размера (53 байта), из которых 5 байтов используется под заголовок, а 48 — под передаваемые данные:

Ячейки данных, используемые в ATM, меньше в сравнении с элементами данных, которые используются в других технологиях. За счет этого достигается существенный выигрыш. Почему? Небольшой постоянный размер ячейки, используемый в ATM, позволяет:

. передавать данные по одним и тем же физическим каналам, причем как при низких, так и при высоких скоростях;
. работать с постоянными и переменными потоками данных;
. интегрировать любые виды информации: тексты, речь, изображения, видеофильмы;
. поддерживать соединения типа точка-точка, точка-многоточка, многоточка-многоточка.

Для передачи данных от отправителя к получателю в сети ATM создаются виртуальные каналы — VC (англ. Virtual Circuit), которые бывают двух видов:
. постоянный виртуальный канал — PVC (Permanent Virtual Circuit), который создается между двумя точками и существует в течение
длительного времени, даже в отсутствие данных для передачи;
. коммутируемый виртуальный канал — SVC (Switched Virtual Circuit), который создается между двумя точками непосредственно перед
передачей данных и разрывается после окончания сеанса связи.

Наличием виртуальных каналов протокол ATM отличается от IP, в котором сообщение делится на пакеты, и каждый пакет может проходить от источника до адресата разными путями. Ячейки ATM в пределах одного виртуального канала всегда передаются по одному и тому же заданному маршруту.

IEEE 802.11

IEEE 802.11 (Wi-Fi) — стандарт, описывающий локальные компьютерные сети, построенные на основе высокочастотного радиоканала. Получил широкое распространение благодаря развитию мобильных компьютеров: КПК и ноутбуков. Наверное, многие из читателей не раз сталкивались с сухими обозначениями стандарта Wi-Fi. Вот, собственно, и момент истины — расшифровка (только основные стандарты):

. IEEE 802.11 — изначальный 1 Mbit/s и 2 Mbit/s, 2,4 GHz и IR-стандарт (принят в 1997 году);
. IEEE 802.11a — 54 Mbit/s, 5 GHz стандарт (принят в 1999 году, выход продуктов в 2001);
. IEEE 802.11b — улучшенный стандарт для поддержки 5.5 и 11 Mbit/s (принят в 1999 году);
. IEEE 802.11h — распределенный по спектру 802.11a (5 GHz) для совместимости в Европе (принят в 2004 году);
. IEEE 802.11i — стандарт с улучшенными характеристиками безопасности (принят в 2004 году);
. IEEE 802.11j — расширения для Японии (2004);
. IEEE 802.11n — стандарт, характеризующийся большим увеличением производительности (300 Mbps);
. IEEE 802.11p — WAVE — Wireless Access for the Vehicular Environment — Беспроводной доступ для транспортной среды (такой, как машины скорой помощи или пассажирский транспорт);
. IEEE 802.11q — зарезервирован (иногда его путают с 802.1q VLAN trunking);
. IEEE 802.11u — взаимодействие с не-802-сетями (например, сотовые сети);
. IEEE 802.11v — управление беспроводными сетями;
. IEEE 802.11w — Protected Management Frames — Защищенные управляющие фреймы.

PPP

PPP (англ.: Point-to-Point Protocol) представляет собой протокол передачи данных типа "точка-точка". Это механизм для создания и запуска IP (Internet Protocol) и других сетевых протоколов на последовательных линиях связи, будь то прямая последовательная связь (по нуль-модемному кабелю), связь поверх Telnet или модемная связь по телефонным линиям. Используя PPP, можно подключить компьютер к PPP-серверу и получить доступ к ресурсам сети, к которой подключен сервер (почти) так, как будто вы подключены непосредственно к этой сети. Протокол РРР является основой для всех протоколов второго уровня. Связь по протоколу РРР состоит из четырех стадий:

. установление связи (осуществляется выбор протоколов аутентификации, шифрования, сжатия и устанавливаются параметры соединения);
. установление подлинности пользователя (реализуются алгоритмы аутентификации на основе протоколов РАР, СНАР или MS-CHAP);
. контроль повторного вызова РРР (необязательная стадия, в которой подтверждается подлинность удаленного клиента), вызов протокола
сетевого уровня (реализация протоколов, установленных в первой стадии). PPP включает IP-, IPX- и NetBEUI-пакеты внутри PPP-кадров.
PPP обычно используется для установки прямых соединений между двумя узлами. Он широко применяется для соединения компьютеров с помощью телефонной линии и также используется поверх широкополосных соединений. Многие интернет-провайдеры используют PPP для предоставления коммутируемого доступа в Интернет.

Продолжение следует.

Boysout, Boyscout_zone@mail.ru

© Компьютерная газета

полезные ссылки
Аренда ноутбуков
Ремонт ноутбуков в центре Минска