Тема 1. Основы организации сети Интернет. Модель OSI и стандарты сети Интернет

Содержание

Аннотация. 3

 

Тема 1. Основы организации сети Интернет. Модель OSI и стандарты сети Интернет. 4

Вопросы для самопроверки:21

Литература по теме:22

 

Тема 2. Физический и канальный уровни в сети Интернет. Стандарты серии IEEE 802.х 22

Вопросы для самопроверки:41

Литература по теме:42

 

Тема 3. Сетевой уровень в сети Интернет: протоколы ARP и IP. 42

Вопросы для самопроверки:80

Литература по теме:80

Аннотация

 

В современном мире информационные технологии становятся одним из важнейших этапов развития цивилизации в целом. Достаточно сказать, что активное внедрение Интернет-технологий в экономической сфере позволяет ускорить передачу бизнес-информации, а также усовершенствовать систему расчетов между контрагентами и усилить их безопасность. Роль информационных технологий приобретает все большее и важное значение в работе предприятий и организаций, крупных коммерческих компаний, кредитных организаций. Практически все современные технологии взаиморасчетов в последнее время реализуются посредством информационных и Интернет-технологий. Кроме этого, Интернет-технологии находят широкое применение на бытовом уровне, среди населения.

Изучение данной дисциплины позволяет понять основные процессы и методологии Интернет-технологий, научиться применять Интернет-технологии в профессиональной деятельности.

Цель и задачи дисциплины.

Целью изучения дисциплины«Интернет-технологии» является формирование у студентов четкого представления об основных принципах и механизмах функционирования глобальной сети Интернет, а так же сетевых приложений, приобретение теоретических и практических знаний, умений и навыков, ориентированных на эффективное профессиональное использование современных Интернет-технологий.

Задачи дисциплины:

· сформировать у студентов представление о функционировании сети Интернет, сетевых сервисов и алгоритме их работы;

· выработать навыки для решения конкретных практических задач в области сетевых технологий;

· сформировать знания о сетевом взаимодействии открытых систем;

· выработать практические навыки по использованию теоретических сведений для проведения диагностики и устранению различного вида сетевых ошибок.

 

Входные компетенции:

· знать что представляет собой современная сеть Интернет; каким образом возможно использование беспроводных технологий в современном мире;

· уметь использовать прикладное ПО для сбора и обработки информации с целью преобразования ее в знания;

· обладать навыками работы на ПК, интернет обозревателями, электронной почтой.

Выходные компетенции:

· знать что представляет собой современная сеть Интернет; топологию сети и используемые протоколы, принципы их построения и алгоритм работы; каким образом происходит обмен файлами между ЭВМ, в каком случае используется тот или иной протокол семиуровневой модели OSI; за счет чего достигается «живучесть» сети, а так же каким образом осуществляется мониторинг, поиск неисправностей и, собственно, осуществляется управление узлами сети ответственных за маршрутизацию; что представляет собой технология виртуальных частных сетей (VPN), какими преимуществами и недостатками обладает; преимущества и недостатки беспроводных технологий; перспективы использования беспроводных технологий в экономическом развитии предприятий и организаций;

· уметь анализировать работу сетевых устройств и делать выводы влиянии различных факторов загрузки и объёмов передаваемых пакетов на пропускную способность сети; вырабатывать алгоритмы действий для устранения сетевых коллизий; используя протоколы сетевого уровня, производить диагностику и настойку локальной сети и сетевых устройств; производить диагностику сети посредством протокола icmp, команды ping и tracert; использовать протокол FTP с целью организации типовых FTP серверов, обеспечивать их полнофункциональную работу;

· владеть навыками анализа процесса взаимодействия между компьютерными системами; выбора оборудования для передачи информации на физическом и канальном уровне; администрирования FTP-сервера, его созданию и поддержке с предоставлением основных сервисов.

Стандартные протоколы ISO.

Когда шел разговор о начале Internet, была упомянута ISO и их комплект стандартов протоколов.

Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) (табл. 1) предложена Международной организацией по стандартизации (International Organization for Standartization, ISO). Модель ISO/OSI предполагает, что все сетевые приложения можно подразделить на семь уровней, для каждого из которых созданы свои стандарты и общие модели. В результате задача сетевого взаимодействия делится на меньшие и более легкие задачи, обеспечивается совместимость между продуктами разных производителей и упрощается разработка приложений за счет создания отдельных уровней и использования уже существующих реализаций.

Таблица 1.

Сетевая модель TCP/IP.

Несмотря на то что эталонная модель OSI в настоящее время является общепризнанной, исторически и технически открытым стандартом сети Internet являются протокол управления передачей (Transmission Control Protocol - TCP) и Internet протокол (IP), которые обычно рассматриваются как одно целое и обозначаются TCP/IP. Эталонная модель TCP/IP и стек протоколов TCP/IP позволяют организовать связь между двумя компьютерами, расположенными в любых точках земного шара, со скоростью, близкой к скорости света. Модель TCP/IP имеет также большое историческое значение, подобное тому, какое имели стандарты, которые привели к широчайшему распространению телефонной связи, электросетей, железных дорог, телевидения и видеозаписи.

Министерство обороны США (Department of Defence - DoD) создало почву для разработки эталонной модели TCP/IP, поскольку оно требовало, чтобы сеть продолжала функционировать в любых условиях, даже в случае ядерной войны. Для более наглядной иллюстрации представим себе мир, находящийся в состоянии ядерной войны, и пронизанный самыми разными типами соединений, включая проводные, микроволновые соединения, оптоволоконные кабели и спутниковую связь.

Предположим далее, что требуется, чтобы информация и данные (в виде пакетов) надежно передавались по этой сети независимо от состояния любого конкретного узла этой сети или состояния другой сети (которая в данном случае может быть уничтожена в ходе военных действий). Министерство обороны требовало, чтобы в любых условиях его данные продолжали передаваться по сети между любыми точками. Эта весьма сложная задача проектирования устойчивой сети привела к созданию модели TCP/IP, которая с тех пор стала стандартом, на базе которого выросла глобальная сеть Internet. При изучении уровней модели TCP/IP следует помнить о первоначальных целях, которые ставились перед сетью Internet; это поможет понять некоторые, возможно, неясные аспекты проблемы.

Как показано на рис. 2, сетевая модель TCP/IP имеет четыре уровня:

· уровень приложений;

· транспортный уровень;

· Internet уровень;

· уровень доступа к сети.

Рис. 2. Сетевая модель TCP/IP

Необходимо отметить, что некоторые уровни модели TCP/IP имеют те же названия, что и у уровней эталонной модели OSI. Однако не следует отождествлять одноименные уровни этих двух моделей. Функции одноименных уровней обеих моделей могут совпадать, но могут и различаться.

Далее следует подробное рассмотрение каждого из семи уровней модели ISO/OSI и их применение.

 

Физический уровень.

Физический уровень (physical layer) определяет электрические, процедурные и функциональные спецификации для активизации, поддержки и отключения физических каналов между конечными системами. Спецификациями физического уровня определяются уровни напряжений, синхронизация изменений напряжения, физическая скорость передачи данных, максимальная дальность передачи, физические соединения и другие аналогичные параметры.

Канальный уровень.

Канальный уровень (data link layer) обеспечивает надежную передачу данных по физическому каналу. При этом канальный уровень решает задачи физической (в противоположность логической) адресации, анализа сетевой топологии, доступа к сети, уведомления об ошибках, упорядоченной доставки фреймов и управления потоками.

Он делится на два подуровня: управления логическим каналом (logical link control, LLC) и управления доступом к среде (media access control, MAC). Такое деление позволяет одному уровню LLC использовать различные реализации уровня MAC. Уровень MAC работает с применяемыми в Ethernet и TokenRing физическими адресами, которые «вшиты» в сетевые адаптеры их производителями. Следует различать физические и логические (например, IP-) адреса. С последними работает сетевой уровень.

Сетевой уровень.

Сетевой уровень (network layer) является комплексным уровнем, обеспечивающим выбор маршрута и соединение между собой двух рабочих станций, которые могут быть расположены в географически удаленных друг от друга сетях. Кроме того, сетевой уровень решает вопросы логической адресации. Примерами протоколов третьего уровня могут служить Internet протокол (IP), протокол межсетевого пакетного обмена (Internetwork Packet Exchange IPX) и протокол AppleTalk.

Транспортный уровень.

Транспортный уровень (transport layer) сегментирует данные передающей станции и вновь собирает их в одно целое на принимающей стороне. Границу между транспортным уровнем и уровнем сеанса связи можно рассматривать как границу между протоколами приложений и протоколами передачи данных. В то время как уровни приложений, представления данных и сеанса связи занимаются аспектами коммуникаций, которые связаны с работой приложений, нижние четыре уровня решают вопросы транспортировки данных по сети. Транспортный уровень пытается обеспечить службу передачи данных таким образом, чтобы скрыть от верхних уровней детали процесса передачи данных. В частности, задачей транспортного уровня является обеспечение надежности передачи данных между двумя рабочими станциями.

При обеспечении службы связи транспортный уровень устанавливает, поддерживает и соответствующим образом ликвидирует виртуальные каналы. Для обеспечения надежности транспортной службы используются выявление ошибок при передаче и управление информационными потоками. Примерами протоколов четвертого уровня могут служить протокол управления передачей (Transmission Control Protocol TCP), протокол пользовательских дейтаграмм (User Datagram Protocol UDP) и протокол последовательного обмена пакетами (Sequenced Packet Exchange SPX).

Сеансовый уровень.

Cеансовый уровень (session layer) устанавливает сеанс связи между двумя рабочими станциями, управляет им и разрывает его. Сеансовый уровень предоставляет свои службы уровню представления данных. Он также синхронизирует диалог между уровнями представления двух систем и управляет обменом данными. Кроме своей основной постоянной функции управления, уровень сеанса связи обеспечивает эффективную передачу данных, требуемый класс обслуживания и рассылку экстренных сообщений о наличии проблем на сеансовом уровне, уровне представления данных или уровне приложений.

Примерами протоколов пятого уровня могут служить сетевая файловая система (Network File System NFS), система XWindow и протокол сеанса AppleTalk (AppleTalk Session Protocol ASP)

Представительный уровень.

Задача уровня представления данных (presentation layer) состоит в том, чтобы информация уровня приложений, которую посылает одна система (отправитель), могла быть прочитана уровнем приложений другой системы (получателя). При необходимости уровень представления преобразует данные в один из многочисленных существующих форматов, который поддерживается обеими системами. Другой важной задачей этого уровня является шифрование и расшифровка данных. Типовыми графическими стандартами шестого уровня являются стандарты PICT, TIFF и JPEG.

Примерами стандартов шестого уровня эталонной модели, описывающих формат представления звука и видео, являются стандарты MIDI и MPEG.

Прикладной уровень.

Уровень приложений (application layer) является ближайшим к пользователю и предоставляет службы его приложениям. От других уровней он отличается тем, что не предоставляет служб другим уровням; вместо этого он предоставляет службы только приложениям, которые находятся вне рамок эталонной модели OSI. Примерами таких приложений могут служить электронные таблицы (например, программа Excel) или текстовые процессоры (например, программа Word). Уровень приложений определяет доступность партнеров по сеансу связи друг для друга, а также синхронизирует связь и устанавливает соглашение о процедурах восстановления данных в случае ошибок и процедурах контроля целостности данных. Примерами приложений седьмого уровня могут служить протоколы Telnet и HTTP.

Сильно упрощая, можно сказать, что Internet в основном состоит из устройств семи видов. Большинство из них работает на физическом, канальном и сетевом уровнях модели ISO/OSI. Рассмотрим ниже эти устройства.

Extranet-системы.

Основная функция extranet - систем – предоставление доступа к формализованной информации и корпоративным службам удаленным подразделениям компании, дилерской сети, оптовым покупателям и другим партнерам или клиентам.

С точки зрения пользователя экстранет - система представляет собой невидимый в поисковых машинах корпоративный сайт в сети Интернет, доступ к которому имеют только авторизованные пользователи и/или пользователи с определенных IP-адресов. Доступ к системе предоставляется администратором по заявке пользователя.

При создании экстранет - систем приоритетными являются задачи безопасности и разграничения прав доступа к информации и сервисам. Так как уровень защиты экстранет - систем обычно выше, чем защита обыкновенного корпоративного сайта, компания имеет возможность размещать в системе закрытые корпоративные материалы и предоставлять пользователям доступ к сервисным функциям, напрямую связанным с деятельностью компании.

Extranet - системы успешно внедрены такими крупными компаниями как: «ТНК-BP», «ФЕЛИКС», «Ardo», «МТС», «Zebra Telecom», «R-Style», «XEROX Russia», «OTTO», «AGFA Украина» и др.

Что такое intranet.

Внедрение информационных технологий в современном офисе проходит в несколько этапов: телефонизация, организация общего телефонного пространства, компьютеризация, объединение компьютеров в локальную сеть с общими папками и принтерами, корпоративная электронная почта и централизованный выход в интернет. На этом уровне останавливаются многие современные офисы, не поднимаясь до следующего: внедрения сложных и дорогих CRM и ERP решений. Intranet - системы - это промежуточное звено между локальной сетью и корпоративными системами высокого уровня.

Intranet - это внутренняя корпоративная сеть, построенная на интернет технологиях.

С технической точки зрения интранет - это внутренний корпоративный web-портал, призванный решать задачи именно вашей компании; задачи, в первую очередь, по систематизации, хранению и обработке внутрикорпоративной информации. Интранет - сайт доступен только в рамках локальной сети Компании включая удаленные филиалы (intranet) или как портал в сети Интернет, невидимый в поисковых системах и требующий авторизации при входе (extranet). Доступ к страницам портала осуществляется через web-браузер, что позволяет пользоваться услугами интранет - систем людям с минимальной компьютерной подготовкой. Обновление информации осуществляется ответственными сотрудниками с помощью специальных интерфейсов, работа с которыми практически идентична работе с офисными приложениями.

Ключевым словом при описании intranet - систем является слово «единый»:

· единый способ обработки, хранения, доступа к информации, единая унифицированная среда работы, единый формат документов. Такой подход дает сотрудникам возможность наиболее эффективно использовать накопленные корпоративные знания, оперативно реагировать на происходящие события, а предприятию в целом предоставляет новые возможности организации своего бизнеса.

 

Основными характеристиками интранет - систем являются:

· Низкий риск и быстрая отдача инвестиций.

Итранет, в отличии от ERP-систем, гораздо проще во внедрении и в сопровождении, а главное - гораздо дешевле. Сроки внедрение готовых intranet - систем на предприятии обычно не превышают одного месяца, причем внедрение системы подразумевает под собой поддержание и углубление уже существующих на предприятии бизнесс-процессов, а не их перепланирование и перестройку.

 

· Низкая стоимость и простота технологий.

Все полезные качества интернет - технологий реализуются в рамках крайне простой схемы: программа просмотра (брaузер), установленная на рабочем месте пользователя, web-сервер, который выступает в качестве информационного концентратора, и стандарты взаимодействия между клиентом и web-сервером.

 

· Открытость и масштабируемость систем.

Интранет - системы открыты для наращивания функциональности и интеграции с другими информационными системами Компании. Это свойство позволяет компании создавать интранет - сайт эволюционным путем и развивать систему по мере возникновение необходимости.

Вопросы для самопроверки:

1. Каким образом было достигнуто и реализовано разработчиками сети ARPAnet требования о «надежном функционировании сети» при нанесении значительных повреждений? Поясните.

2. Проанализируйте ли верно ли представленная последовательность уровней модели ISO/OSI: Канальный; сетевой; физический; транспортный; прикладной; сеансовый; представительный. При необходимости приведите правильный ответ.

3. С какой целью было произведено разделение сетевых приложений? В каком случае на ЭВМ может выполнятся независимо друг от друга несколько реализаций одного уровня? Обоснуйте ответы.

4. Какой принцип объединения ЭВМ был использован при организации сети ARPAnet? Чем обусловлено подобное построение сети. Обоснуйте ответ.

5. Охарактеризуйте физический, канальный и транспортный уровни модели ISO/OSI. Приведите примеры сетевого взаимодействия с применением каждого из уровней.

6. На основе какого протокола осуществлялась передача данных в сети ARPAnet? Обоснуйте ответ.

7. Охарактеризуйте сеансовый, прикладной и представительный уровни модели ISO/OSI. Приведите примеры сетевого взаимодействия с применением каждого из уровней.

8. Какими знаниями о структуре сети ARPAnet необходимо было располагать пользователю для передачи информации? Чем обусловлено подобное требование? Поясните.

9. Назовите основные протоколы сети Internet относительно уровней модели ISO/OSI.

Литература по теме:

1 Программа сетевой академии Cisco CCNA 1 и 2. Вспомогательное руководство, 3-изд., с испр.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2008 – 1168 с.: ил – Парал. тит. Англ. ISBN 978-5-8459-0842-1 (рус.)

Физический уровень.

Физический уровень (physical layer) определяет электрические, процедурные и функциональные спецификации для активизации, поддержки и отключения физических каналов между конечными системами. Спецификациями физического уровня определяются уровни напряжений, синхронизация изменений напряжения, физическая скорость передачи данных, максимальная дальность передачи, физические соединения и другие аналогичные параметры.

Канальный уровень.

Канальный уровень (data link layer) обеспечивает надежную передачу данных по физическому каналу. При этом канальный уровень решает задачи физической (в противоположность логической) адресации, анализа сетевой топологии, доступа к сети, уведомления об ошибках, упорядоченной доставки фреймов и управления потоками.

Он делится на два подуровня: управления логическим каналом (logical link control, LLC) и управления доступом к среде (media access control, MAC). Такое деление позволяет одному уровню LLC использовать различные реализации уровня MAC. Уровень MAC работает с применяемыми в Ethernet и TokenRing физическими адресами, которые «вшиты» в сетевые адаптеры их производителями. Следует различать физические и логические (например, IP-) адреса. С последними работает сетевой уровень.

 

Основы технологии Ethernet.

Локальными сетями LAN называются высокоскоростные сети передачи данных, характеризуемые низким уровнем ошибок и охватывающие относительно небольшую географическую область (до нескольких километров в диаметре). LAN сети соединяют между собой рабочие станции, периферийные устройства, терминалы и другие устройства, находящиеся в одном здании или в некоторой ограниченной географически области.

В настоящее время Ethernet является доминирующей во всем мире технологией локальных сетей LAN. Большая часть потоков данных, передаваемых по сети Internet, начинает свое движение по Ethernet соединению и заканчивается на нем. Современи своего появления технология Ethernet развивалась в направлении удовлетворения все большего спроса на высокоскоростные сети LAN. После появления новой передающей среды оптоволоконного кабеля технология Ethernet была адаптирована к ней и начала использовать ее преимущества: огромную ширину полосы пропускания и низкий уровень ошибок в оптоволоконных каналах. Теперь тот же базовый протокол, по которому в 1973 году данные передавались со скоростью 3 Мбит/с, осуществляет передачу со скоростью 10 Гбит/с.

Успех технологии Ethernet стал результатом ее простоты, надежности, легкости поддержки Ethernet сетей, способности включать в себя новые технологии, а также невысокой стоимости установки и модернизации. С появлением технологии Gigabit Ethernet то, что начиналось как технология локальных сетей, распространилось на расстояния, соответствующие стандартам городских (metropolitan area) и даже распределенных (wide area) сетей. В последующих разделах приведен обзор технологии Ethernet, включая историю Ethernet, рассмотрены соглашения о названиях версий Ethernet и форматы фреймов Ethernet.

Таблица 2.

MAC-адресация.

Для того чтобы в сети Ethernet стала возможной локальная доставка фреймов, необходима определенная система адресации, т.е. присвоения имен компьютерам и интерфейсам. Каждый компьютер имеет уникальный способ самоидентификации.

Никакие два физических адреса в сети не должны быть одинаковыми. Физические адреса, называемые адресами управления доступом к передающей среде (Media Access Control --- MAC-адрес), записаны в сетевом адаптере NIC. Для MAC-адреса используются и другие названия: аппаратный адрес, NIC-адрес, адрес второго уровня и Ethernet-адрес.

MAC-адреса в сети Ethernet используются для уникальной идентификации отдельных устройств. Каждое устройство (ПК, маршрутизатор, коммутатор и т.д.), имеющее Ethernet-интерфейс к сети LAN, должно иметь MAC-адрес, в противном случае другие устройства не смогут обмениваться с ним данными. MAC-адрес имеет длину 48 битов и записывается в виде 12-ти шестнадцатеричных цифр. Первые шесть шестнадцатеричных цифр, задаваемых IEEE, идентифицируют производителя или продавца устройства и, таким образом, включают в себя уникальный идентификатор организации (Organizationally Unique Identifier — OUI). Остальные шесть шестнадцатеричных цифр включают в себя серийный номер интерфейса или другое значение, задаваемое конкретным производителем. MAC-адреса иногда называют прошитыми (Burned-In Address — BIA), поскольку они записаны в постоянной памяти (Read-Only Memory --- ROM) интерфейса или устройства и копируются в оперативную память (Random-Access Memory — RAM) при инициализации сетевого адаптера NIC. На рис. 6 показан формат MAC-адреса.

Рис. 6. Формат MAC-адреса

Без MAC-адресов сеть LAN представляла бы собой лишь группу изолированных компьютеров, и доставка Ethernet-фреймов была бы невозможной. Вследствие этого на канальном уровне к данным верхних уровней добавляются заголовок (header), содержащий MAC-адрес устройства, и концевик (trailer). Заголовок и концевик содержат управляющую информацию, предназначенную для канального уровня устройства, которому направляется фрейм. Данные верхних уровней инкапсулируются в заголовок и концевик канального уровня.

LAN-сети спецификаций Ethernet и 802.3 являются широковещательными. Это означает, что все станции сети видят все проходящие по сети фреймы, и каждая станция должна исследовать каждый фрейм, для того чтобы выяснить, не является ли она требуемым пунктом назначения этого фрейма.

В сети Ethernet в случае, когда устройству требуется отправить данные другому устройству, оно может открыть маршрут коммуникации к другому устройству, используя свой MAC-адрес. Когда устройство-отправитель посылает данные в сеть, эти данные включают в себя MAC-адрес требуемого пункта назначения. По мере того, как эти данные перемещаются по сетевой среде, адаптер NIC каждого устройства, к которому они поступают, проверяет, не совпадает ли его MAC-адрес с адресом пункта назначения, содержащимся во фрейме данных. Если такого соответствия нет, то адаптер отбрасывает этот фрейм. Если же такое соответствие имеется, то адаптер NIC проверяет адрес получателя в заголовке фрейма, для того чтобы удостовериться в правильности адресации пакета. При поступлении данных на требуемую станцию ее адаптер делает их копию, удаляет заголовок и концевик и передает их компьютеру для обработки протоколами более высокого уровня, такими, как IP и TCP.

 

Обработка ошибок.

Чаще всего (и обычно без серьезных последствий) состояние ошибки в сети Ethernet возникает в результате коллизии. Коллизии являются механизмом разрешения конфликтов за право доступа к сети. Несколько коллизий обеспечивают для сетевых узлов достаточно простой, удобный и не вызывающий большой служебной нагрузки способ разрешения споров за сетевые ресурсы. В ситуации, когда сеть не может функционировать соответствующим образом из-за различных проблем, коллизии могут стать существенной помехой ее эффективной работе. Коллизии возможны только в полудуплексных сегментах.

При возникновении коллизий тратится рабочее время сети в двух аспектах:

· Прежде всего теряется часть полосы пропускания, равная сумме первоначально передаваемых данных, и сигнал коллизии (т.н. jam-сигнал, или сигнал затора). Такое явление называется задержкой потребления; оно затрагивает все сетевые узлы. Задержка потребления значительно уменьшает пропускную способность сети. Вслед за каждой успешной или неудачной попыткой передачи для всех станций сети наступает период простоя (период возврата), называемый межфреймовым зазором (или межфреймовым интервалом), который также влияет на пропускную способность сети.

· Второй аспект задержки связан с алгоритмом возврата после коллизии. Задержки возврата обычно незначительны.

 

Большое число коллизий происходит очень рано во фрейме, часто еще до флага SFD. О коллизиях, имевших место до флага начала фрейма (SFD), обычно не сообщается более высоким уровням, как если бы коллизии вообще не происходили. Как только обнаруживается коллизия, отправляющая станция (станции) передает 32-битовый jam-сигнал, который навязывает состояние коллизии всем станциям.

На рис. 10 две станции прослушивают сеть, для того чтобы убедиться в том, что кабель свободен, и начать передачу. Стандарт 802.3 устанавливает ограничения на время задержки сигнала каждым компонентом системы в самом худшем случае. Максимальная задержка при передаче сигнала в прямом и обратном направлениях в коллизионном домене при скорости передачи данных 10 Мбит/с составляет 512 битовых интервалов; это значение определяет минимальный размер фрейма. Первой начинает передачу станция 1 и успевает передать большую часть данных до того, как будет обнаружена коллизия. Станция 2 до обнаружения коллизии успевает отправить лишь несколько битов.

Рассмотрим пример, показанный на рис. 10, более подробно. Станция 1 может передать значительную часть фрейма еще до того, как сигнал достигнет последнего сегмента кабеля. Станция 2 не успевает получить первый бит передачи до начала своей собственной передачи. Станция 2 может послать только несколько битов до того, как адаптер NIC обнаружит коллизию. Сразу после ее обнаружения станция 2 прекращает текущую передачу и подставляет на место передаваемых данных 32-битовый jam-сигнал. После этого станция 2 полностью прекращает передачу. Во время коллизии и передачи jam-сигналов, которые испытывает станция 2, фрагменты фреймов, поврежденных во время коллизии, движутся в обратном направлении по коллизионному домену в направлении станции 1. Станция 2 заканчивает передачу 32-битового jam-сигнала и после этого переходит в режим молчания до того момента, когда фрагменты коллизии достигнут станции 1.

Рис. 10. Типичная обработка ошибок в коллизионном домене, который работает со скоростью 10 Мбит/с

При этом станция 1, по-прежнему не зная о коллизии, продолжает передачу. Когда, наконец, фрагменты коллизии достигают станции 1, она также прерывает текущую передачу и подставляет 32-битовый jam-сигнал вместо оставшейся части передаваемого фрейма. После отправки 32-битового jam-сигнала станция 1 также прекращает все передачи.

Jam-сигнал может состоять из любых двоичных данных, поскольку он не является соответствующей контрольной суммой для уже переданной части фрейма. Наиболее часто в качестве jam-сигнала используется простое чередование единиц и нулей: 1, 0, 1, 0..., такое же, как и в преамбуле. При просмотре с помощью анализатора протоколов такой сигнал представляется как шестнадцатеричное число 5 или A-последовательность. Поврежденные частично переданные фрагменты (сообщения) часто называются фрагментами коллизии или, иногда, сленговым термином «карлики» (карликовыми фреймами). В отличие от запоздалых коллизий, обычные коллизии имеют длину менее 64 октетов и из-за этого не могут пройти тест минимальной длины и тест контрольной суммы FCS.

 

Типы коллизий.

Коллизии обычно происходят в том случае, когда две или более станций, находящихся в одном коллизионном домене, одновременно ведут передачу. Коллизии регистрируются счетчиками событий большинством диагностических инструментов, однако они могут быть зарегистрированы и отдельно, как одиночные или множественные коллизии, когда коммутатор или другая станция опрашиваются протоколом SNMP. Понятие «одиночная коллизия» относится к тому случаю, когда при первой попытке передачи фрейма произошла коллизия, однако следующая попытка была успешной. Множественная коллизия означает, что успешной отправке фрейма предшествовали несколько неудачных попыток. Второй случай отличается от случая отложенной передачи, поскольку при откладывании передачи коллизия не происходит. Отложенная передача означает, что при попытке станции или коммутатора передать фрейм среда была занята, и потребовалось ожидать своей очереди на передачу. При неоднократных безуспешных попытках передать фрейм возможна ситуация, когда он вообще не будет передан; при этом сообщается, что отправка отменена из-за избыточного числа коллизий.

Результаты коллизий ‑ фрагменты фреймов и поврежденные фреймы, длина которых меньше 64 октетов и которые имеют недействительную контрольную сумму, часто называются коллизионными фрагментами. Некоторые анализаторы протоколов и сетевые мониторы называют эти фрагменты «карликами», однако такой термин не совсем точен.

Основными типами ошибок фреймов в сетях Ethernet, которые могут быть зарегистрированы в сеансе работы анализатора протоколов, являются:

· локальная коллизия;

· удаленная коллизия;

· запоздалая коллизия.

 

Три типа коллизий показаны на рис. 11 В последующих разделах кратко рассмотрены эти типы ошибок фреймов.

Рис. 11. Типы коллизий: локальная, удаленная и запоздалая

Ошибки в сетях Ethernet.

Зачем изучать ошибки в сетях Ethernet? Ответ прост: поскольку Ethernet является доминирующей технологией локальных сетей (LAN), глубокое понимание характера и причин типичных ошибок имеет огромную ценность как для понимания работы Ethernet-сетей, так и для устранения в них ошибок и неисправностей.

В то время как локальные и удаленные коллизии рассматриваются как нормальный режим работы сети Ethernet, запоздалые коллизии квалифицируются как ошибки. Наличие ошибок в сети Ethernet всегда предполагает дальнейшее исследование характера работы сети. Уровень возникшей проблемы определяет, насколько срочным является вмешательство администратора для устранения возникших ошибок. Некоторое количество ошибок, произошедших за несколько часов работы сети, указывает на проблему невысокого приоритета. Если же за несколько минут произошли тысячи ошибок, требуется срочное вмешательство.

В качестве ошибок в работе сети Ethernet рассматриваются следующие ситуации:

· происходит одновременная передача от нескольких станций до того, как истекло время канального интервала;

· происходит одновременная передача от нескольких станций после того, как истекло время канального интервала;

· чрезмерно длительная передача или передача неразрешенной длительности (ошибка типа jabber, или сбойный пакет; длинный фрейм или ошибочный размер фрейма);

· слишком короткая передача (короткий фрейм, фрагмент коллизии или фрейм-карлик);

· передача фрейма с повреждением (ошибка в контрольной сумме FCS);

· недостаточное или избыточное количество переданных фреймов (ошибка выравнивания — alignment error);

· несоответствие действительного и сообщенного количество октетов во фрейме (ошибка в размере фрейма);

· необычно длинная преамбула jam-событие (несуществующий фрейм – ghost или ошибочный бессмысленный пакет).

 

Каждая из указанных выше ситуаций должна быть рассмотрена отдельно. Фреймы, которые содержат ошибки, часто, но не всегда, отбрасываются. Нормальные коллизии включены в этот список только для полноты, но в действительности как ошибки не рассматриваются. В следующих разделах кратко описаны некоторые ошибки в сетях Ethernet.

 

Вопросы для самопроверки:

1. Охарактеризуйте физический и канальный уровни модели ISO/OSI.

2. Проанализируйте работу сетевых устройств в ЛВС типа CSMA/CD и поясните используемую технологию доступа к несущей.

3. Проанализируйте принцип передачи информации в ЛВС типа CSMA/CD.

4. Поясните алгоритм обнаружения и устранения коллизий.

5. Назовите область применения протокола IEEE 802.2.

6. В каком процессе в качестве подуровня участвует LLC?

7. Что представляют первые шесть шестнадцатеричных цифр MAC-адреса?

8. Где записан MAC-адрес?

9. Когда происходят коллизии в LAN-сетях Ethernet и IEEE 802.3?

10. Что является важной функцией второго (канального) уровня?

 

Литература по теме:

1. Программа сетевой академии Cisco CCNA 1 и 2. Вспомогательное руководство, 3-изд., с испр.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2008 – 1168 с.: ил – Парал. тит. Англ. ISBN 978-5-8459-0842-1 (рус.)

 

Уровень доступа к сети.

Уровень доступа к сети (рис. 13) еще называют уровнем соединения узла и сети. Он «занимается вопросами», связанными с организацией физической связи между IP-пакетами и сетевой средой передачи данных. Этот уровень описывает методы построения локальных (Local Area Network — LAN) и распределенных (Wide Area Network - WAN) вычислительных сетей и соответствует физическому и канальному уровням модели OSI.

Рис. 13. Протоколы уровня сетевого доступа TCP/IP

Программное обеспечение и драйверы специфических устройств, таких, как, сетевые адаптеры (Network Interface Card -NIC) технологий Ethernet, Tocken Ring, ISDN и модемы, обычно работают именно на уровне сетевого доступа. Многие протоколы описываются другими стандартами и при этом фактически располагаются на рассматриваемом уровне, что часто приводит к путанице и недопониманию. Протоколы