Учебно-методическое пособие представляет собой первую часть конспекта лекций по дисциплине «Компьютерные сети и системы» (стр. 1 из 28)
«ЛОКАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ»
Аннотация
Данное учебно-методическое пособие представляет собой первую часть конспекта лекций по дисциплине «Компьютерные сети и системы».
В пособии последовательно рассматриваются причины возникновения компьютерных сетей и достоинства работы в них; понятия интерфейсов, протоколов и их стеков; семиуровневая модель взаимодействия открытых систем OSI; сравнение с нею популярных стеков протоколов TCP/IP, IPX/SPX и NetBEUI/SMB; основные аппаратные и программные компоненты компьютерных сетей; физические и логические топологии сетей.
Подробно рассматриваются принципы функционирования самых популярных сетевых технологий, включая и высокоскоростные, – Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, Gigabit Ethernet, а также определяющие их спецификации и стандарты.
Рассмотрены основные характеристики протоколов обмена данными и особенности работы этих протоколов на канальном уровне. Изучаются принципы функционирования коммуникационного сетевого оборудования физического и канального уровня: сетевых адаптеров, концентраторов и повторителей, мостов и коммутаторов, анализируются их основные и дополнительные функции.
Содержание_________________________________________________________ 3
Эволюция компьютерных сетей_______________________________________ 6
Достоинства работы в сети__________________________________________ 9
Разделение жестких дисков__________________________________________ 9
Разделение принтеров и других устройств ввода - вывода_______________ 10
Разделение коммуникационных устройств____________________________ 10
Разделение программных пакетов___________________________________ 10
Разделение данных________________________________________________ 11
Многопользовательское программное обеспечение_____________________ 11
Доступ к другим компьютерным системам____________________________ 12
Аппаратные и программные компоненты сети________________________ 12
Понятие сети_____________________________________________________ 12
Серверы_________________________________________________________ 13
Рабочие станции__________________________________________________ 15
Сетевой адаптер___________________________________________________ 15
Сетевая операционная система______________________________________ 16
Коммуникационное оборудование___________________________________ 16
Повторители и концентраторы/хабы__________________________________________ 16
Мосты___________________________________________________________________ 17
Коммутаторы_____________________________________________________________ 18
Маршрутизаторы__________________________________________________________ 18
Шлюзы__________________________________________________________________ 19
Сетевые службы__________________________________________________ 19
Топологии физических и логических связей в сетях____________________ 20
Семиуровневая модель OSI___________________________________________ 22
Многоуровневый подход___________________________________________ 22
Стеки протоколов и интерфейсы взаимодействия в сети________________ 22
Понятие об открытой системе_______________________________________ 23
Модель взаимодействия открытых систем OSI________________________ 24
Базовые сетевые понятия___________________________________________ 27
Стеки протоколов TCP/IP. IPX/SPX и NetBIOS/SMB____________________ 28
Стек TCP/IP______________________________________________________________ 28
Стек IPX/SPX_____________________________________________________________ 29
Стек NetBIOS/SMB_________________________________________________________ 29
Методы и протоколы передачи данных________________________________ 31
Асинхронные протоколы___________________________________________ 31
Синхронные протоколы____________________________________________ 31
Символьно-ориентированные протоколы_____________________________ 32
Бит-ориентированные протоколы___________________________________ 32
Передача с установлением соединения и без установления соединения___ 33
Методы обнаружения и коррекции ошибок в сетях_____________________ 34
Стандартные технологии локальных компьютерных сетей_____________ 37
Толстая Ethernet__________________________________________________ 38
Тонкая Ethernet___________________________________________________ 41
Ethernet на витой паре_____________________________________________ 42
Ethernet на оптоволоконном кабеле__________________________________ 45
Интегрированные сети Ethernet_____________________________________ 45
Метод доступа к передающей среде CSMA/CD_________________________ 46
Время двойного оборота и распознавание коллизий______________________________ 48
Адресация в сети Ethernet__________________________________________ 49
Реализация физического и канального уровней в сети Ethernet__________ 49
Кодирование сигнала на физическом уровне. Манчестерский код___________________ 49
Подуровень MAC канального уровня__________________________________________ 50
Подуровень LLC канального уровня___________________________________________ 50
Типы кадров сети Ethernet__________________________________________ 55
Формат кадра в оригинальной системе Ethernet__________________________________ 55
Формат кадра Ethernet RAW 802.3____________________________________________ 56
Формат кадра стандарта Ethernet IEEE 802.3/LLC_______________________________ 56
Формат кадра Ethernet SNAP_________________________________________________ 57
Сеть Token Ring___________________________________________________ 57
Метод доступа к передающей среде___________________________________________ 57
Управление сетью Token Ring________________________________________________ 58
Пакеты Token Ring_________________________________________________________ 60
Устройства MAU и кабельная проводка Token Ring______________________________ 63
Сеть Arcnet_______________________________________________________ 64
Высокоскоростные сетевые технологии_______________________________ 64
Сети FDDI и CDDI_________________________________________________ 65
Fast Ethernet и 100GV-AnyLAN______________________________________ 68
Fast Ethernet______________________________________________________________ 68
100VG-AnyLAN___________________________________________________________ 73
Gigabit Ethernet___________________________________________________ 74
Коммуникационные устройства канального и физического уровней_______ 76
Сетевые адаптеры_________________________________________________ 76
Концентраторы___________________________________________________ 78
Управление концентратором по протоколу SNMP________________________________ 80
Логическая структуризация сети с помощью мостов и коммутаторов___ 82
Алгоритм работы прозрачного моста_________________________________ 83
Алгоритм работы моста с маршрутизацией от источника_______________ 84
Коммутаторы локальных сетей______________________________________ 86
Полнодуплексные протоколы локальных сетей__________________________________ 87
Техническая реализация коммутаторов________________________________________ 88
Характеристики коммутаторов_______________________________________________ 91
Дополнительные функции коммутаторов_______________________________________ 92
Рекомендуемая литература__________________________________________ 94
Концепция компьютерных сетей является логическим результатом развития компьютерных технологий.
Пакетные системы. Первые компьютеры 50-х годов – большие, громоздкие и дорогие – предназначались для очень небольшого числа избранных пользователей. Такие компьютеры не были предназначены для интерактивной работы с пользователями и использовались в режиме пакетной обработки.
Системы пакетной обработки строились, как правило, на базе мэйнфрейма – мощного компьютера универсального назначения. Пользователи подготавливали перфокарты, содержащие данные и команды своих программ, и передавали их в вычислительный центр (ВЦ). Операторы ВЦ компоновали пакеты перфокарт, вводили их содержимое в компьютер, выполняли программы пользователей, а распечатанные результаты обычно выдавались пользователям на другой день.
В то время пакетный режим был самым эффективным режимом использования вычислительной мощности, т.к. он позволял выполнить в единицу времени больше пользовательских задач, чем другие режимы. Во главу угла в пакетных системах ставилась эффективность работы самого дорогого устройства ЭВМ – процессора, в ущерб эффективности работы использующих его специалистов.
Многотерминальные системы. По мере удешевления процессоров в начале
60-х годов появились новые способы организации вычислительного процесса, которые позволили учесть интересы пользователей, - начали развиваться интерактивные многотерминальные системы разделения времени (рис.1).
Рис.1. Многотерминальная вычислительная система
В таких системах мэйнфрейм одновременно разделялся несколькими пользователями, а каждый пользователь получал в свое распоряжение терминал, с помощью которого он мог вести диалог с компьютером. Время реакции системы на ввод пользователей выбиралось достаточно малым, чтобы любому пользователю не была слишком заметна параллельная работа с компьютером других пользователей. Терминалы, выйдя за пределы вычислительного центра, рассредоточились по всему предприятию. И хотя вычислительная мощность оставалась полностью централизованной, некоторые функции (такие как ввод и вывод данных) стали распределенными.
Такие многотерминальные централизованные системы внешне уже были очень похожи на локальные вычислительные сети. Действительно, рядовой пользователь работу за своим терминалом воспринимал примерно так же, как сейчас он воспринимает работу за подключенным к сети персональным компьютером. Пользователь мог получать доступ к общим файлам и периферийным устройствам, при этом у него создавалась иллюзия полного единоличного владения компьютером, ибо он мог запустить нужную ему программу в любой момент времени и почти сразу же получить результат.
Таким образом, многотерминальные системы, работающие в режиме разделения времени, стали первым шагом на пути создания локальных вычислительных сетей. Но до появления настоящих компьютерных сетей еще нужно было пройти большой путь, т.к. многотерминальные системы, хотя и имели внешние черты распределенных систем, все же сохраняли централизованный характер обработки.
С другой стороны, потребность предприятий в создании локальных сетей в это время еще не созрела: на предприятии просто нечего было объединять в сеть, т.к. из-за большой стоимости вычислительной техники предприятия не могли позволить себе купить сразу несколько ЭВМ. В этот период выполнялся так называемый «закон Гроша», который эмпирически отражал уровень технологии того времени и утверждал, что производительность компьютера прямо пропорциональна квадрату его стоимости. Отсюда следует, что за одну и ту же сумму выгоднее купить одну мощную машину, чем несколько менее мощных ЭВМ с такой же суммарной производительностью.