Основы сетевых технологий Учебный курс по материалам корпорации Xylan BiLiM Systems Модель OSI Стандарт ISO #7498 7-уровневая модель Функциональность каждого уровня Интерфейс между соседними уровнями Взаимодействие между одинаковыми уровнями BiLiM Systems 7 6 5 4 3 2 1 Прикладной Уровень представления Прикладной Уровень представления Сеансовый Сеансовый Транспортный Транспортный Сетевой Сетевой Канальный Канальный Физический Физический Модель OSI (продолжение) 3 функциональных группы Приложения Сквозная (End-to-end) Сетевая Прикладной Представление Сеансовый Транспортный BiLiM Systems Сетевой Канальный Физический Прикладные функции Сквозные соединения Сетевые функции Модель OSI (продолжение) Маршрутизаторы Мосты Повторители BiLiM Systems Сетевой Канальный Пакеты данных Кадры Физический Битовое кодирование Модель OSI (продолжение) Функции физического уровня Сетевой Канальный BiLiM Systems Физический > Электрические сигналы > Бинарное кодирование > Синхронизация > Контроль ошибок > Интерфейс NIC > Физическая среда Модель OSI (продолжение) Функции канального уровня Сетевой Канальный BiLiM Systems Физический > Кадры данных > Сетевая архитектура > Синхронизация > Контроль ошибок > Управление потоком > MAC-адресация > Мосты > Коммутация Модель OSI (продолжение) Функции сетевого уровня Сетевой Канальный Физический BiLiM Systems > Пакеты данных > Коммуникационные протоколы > Логические подсети > Протокольная адресация > Маршрутизация Соединения Повторители (концентраторы, хабы) Работа на битовом уровне Большие широковещательные домены Мосты Расширение сетей Один широковещательный домен Маршрутизаторы BiLiM Systems Соединение разных сетей Небольшие широковещательные домены Коммутаторы Мелкие широковещательные домены Виртуальные сети Повторители (концентраторы, хабы) Работа на битовом уровне Расширение сегментов сети 10011010 11001110 01100101 Хаб/Концентратор BiLiM Systems 10011010 11001110 01100101 10011010 11001110 01100101 10011010 11001110 01100101 10011010 11001110 01100101 10011010 11001110 01100101 10011010 11001110 01100101 Мосты Работа на MAC-уровне Передача широковещательных пакетов Различные сегменты одной сети Альтернативные пути Spanning Tree 123 999 456 789 111 AB7 Сегмент “A” Сегмент “B” Порт “B” Порт “A” Мост BiLiM Systems Таблица рассылки 2CB Адрес 111 123 2CB 456 555 789 999 AB7 Порт A A B A B B A B 555 Мосты (продолжение) Основной функцией является обучение (выяснение адресов) Построение таблиц рассылки на основе последнего известного расположения MAC-адреса отправителя Рассылка широковещательных пакетов Прозрачные мосты Трансляционные мосты Мосты Source route (топология «кольцо») Мосты с инкапсуляцией (фирменные решения FDDI) BiLiM Systems Spanning Tree Стандарт IEEE 802.1 Rev.D (Draft 9) или Rev.C Предотврашает возникновение замкнутых петель в сетях Способ работы Нормальные условия BiLiM Systems При включении мост запрашивает статус корневого (Root) путем широковещательной рассылки BPDU Смежные мосты договариваются о статусе корневого (Root) моста Побеждает высший (определяемый) приоритете ИЛИ Низший адрес NIC (MAC) Последовательные BPDU с одинаковым адресом Root MAC = стабильное состояние Мост периодически рассылает многоадресные BPDU как сообщение Hello и Keepalive Выбор между параллельными соединениями по меньшей стоимости пути (Path Cost) Сбой канала или моста Successive lack of BPDUs interpreted as failed pathway Мост, обнаруживший сбой, шлет BPDU об изменении топологии Алгоритм Spanning Tree рассчитывается заново и организуются новые пути Кадры, находившиеся в состоянии передачи, теряются Заново строится таблица рассылки Spanning Tree (продолжение) Без Spanning Tree 1 пакет 2 пакета 6 пакетов BiLiM Systems 12 пакетов Spanning Tree (продолжение) Петли в сети BiLiM Systems Мосты видят несколько путей к одному устройству Spanning Tree (продолжение) При старте (приоритет 8000h) ...871 ...365 ...920 ...542 ...412 ...001 ...832 BiLiM Systems Замечание: Показаны только последние 3 цифры MAC-адреса; в приведенном примере остальные цифры совпадают Spanning Tree (продолжение) Резервные соединения переводятся в состояние ожидания ...871 ...365 ...920 ...542 ...412 ...001 ...832 BiLiM Systems Активный канал Резервный канал Spanning Tree (продолжение) В результате формируется логическое “дерево” ...365 ...920 ...542 ...832 BiLiM Systems ...871 ...412 ...001 Маршрутизаторы BiLiM Systems Создают логические подсети Позволяют соединять сети с различной архитектурой Соединения LAN-MAN-WAN Зависят от протоколов Работают на сетевом уровне Задержка рассылки составляет 500-4000 микросекунд Избавляют от передачи широковещательных пакетов между подсетями Оставляют широковещательные пакеты внутри подсетей Требуют высокопроизводительных процессоров Достаточно дороги Требуют сложной настройки и администрирования Маршрутизатор... Прием пакета Время Проверка поля Type Маршрутизация возможна? Можно использовать мост? BiLiM Systems Да Нет Да Нет Отбрасывание Маршрутизатор Мост Маршрутизаторы (продолжение) Одна маршрутная запись на подсеть Устройства включаются в подсеть по определению 2.0.0.5 T 1.0.0.1 2.0.0.1 1.0.0.3 1.0.0.2 1.0.0.4 2.0.0.2 Подсеть 1.0.0.0 BiLiM Systems Таблица маршрутизации 2.0.0.3 Подсеть 2.0.0.0 3.0.0.9 Порт “A” 1.0.0.9 2.0.0.4 Порт “C” Маршрутизатор Сеть 1.0.0.0 2.0.0.0 3.0.0.0 6.0.0.0 NxtHop 2.0.0.9 1.0.0.9 3.0.0.9 3.0.0.9 Метрика 1 1 1 2 Порт “B” 2.0.0.9 Коммутаторы Работа на уровне MAC-адресов Задержка при коммутации составляет 30-80 микросекунд Формирование логических рабочих групп Возможность работы с удаленными ЛВС Соединение сетей с различной архитектурой Рассылка пакетов со скоростью среды Более простое администрирование Поддержка ATM с возможностью полного перехода на эту технологию BiLiM Systems Коммутатор... Прием пакета Время Проверка заголовка MAC Можно коммутировать этот пакет локально? Да Нет Можно передать этот пакет всем? Да Нет Нужно использовать мост для данного пакета? BiLiM Systems Коммутатор Просмотр MPM и коммутация Мост Является маршрутизация единственным вариантом? Маршрутизатор Отбрасывание Работа с соединениями и без организации соединений Организация соединений Организация соединения - Управление потоком - Сохранение порядка - Подтверждения - Контроль ошибок - Исправление ошибок Передача данных Разрыв соединения BiLiM Systems Данные Адрес Без организации соединений MAC-адрес получателя Варианты архитектуры “Точка-точка” Шина Маркер Кольцо BiLiM Systems Многосвязная Ethernet Архитектура с разделяемой шиной Низкие цены Возможность расширения BiLiM Systems Ethernet (продолжение) Сеть на базе концентратора BiLiM Systems Стандарты Ethernet CSMA/CD 10Base5 Thicknet RG-9 длина сегмента до 500 метров до 200 устройств на сегмент 5 сегментов 10Base2 Thinnet RG-58 длина сегмента до 185 метров до 30 устройств на сегмент 10BaseT BiLiM Systems UTP/STP RJ-45 Концентраторы и структурированные кабельные системы 10BaseFL Оптические трансиверы и кабели Основы Token Ring BiLiM Systems История Token Ring Технология представлена IBM в 1982 комитету IEEE 802 Первый прототип разработан в 1983 (Женева, Швейцария) Официальный анонс - 1985 Стандарт IEEE 802.5 - 1985 Поддержка скорости 16 Мбит/с 1989 Основы Token Ring Используется передача маркера в качестве способа доступа к среде Используется логическая кольцевая топология на базе физической «звезды» (Lobe и RI/RO) Подключения узлов происходят в порядке передачи маркера Поддерживает кабельные системы из скрученных медных пар и оптику Требуется встроенная поддержка управления для контроля за передачей маркеров Основы Token Ring Компоненты Token Ring BiLiM Systems Сетевые адаптеры 4/16 Мбит/с (в последнее время на рынке появились новые «полнодуплексные» адаптеры Соединительные кабели: STP типов 1, 2 или 9, UTP кат. 3 или 5 Разъемы: DB-9 (конвертеры для соединения UTP - DB-9), RJ-45 и IBM Data Модули доступа к среде - MAU (например, 8228) Основы Token Ring Соединения RO RI BiLiM Systems MAU Рабочие станции (ответвления) RI MAU RO RI MAU RO Основы Token Ring Соединительные устройства 8330 Lobe Attachment Module 8330 LAM - RJ-45s 1 2 3 4 5 11 12 13 14 15 6 7 8 9 10 17 18 19 20 R 16 8230 Lobe Attachment Module 8330 LAM - Type 1 1 0 Controlled Access Unit R RI BiLiM Systems RO CAU - Type 1 Основы Token Ring Ограничения Token Ring Длина ответвлений (Lobe): 100 м для типов 1 и 2; 66 м для типов 6 и 9; 50-100 м для типов 3 и 5 Протяженность кольца: 200 м для типов 1 и 2; 120-200 для типов 3 и 5; 1 км для оптических кабелей (Замечание: Активные устройства могут поддерживать более длинные соединения) Спецификации IEEE позволяют организовать в сети до 250 ответвлений Спецификации IBM Token Ring позволяют организовать в сети STP до 260 ответвлений, для UTP - до 72 (Замечание: Реальные ограничения связаны с длинами кабелей и числом станций.) BiLiM Systems Основы Token Ring Свойства Token Ring Для доступа к сетевой среде используется 24-битовый маркер (token) По стандарту станция может удерживать маркер не более 0.010 мсек Поддержка скорости 16 Мбит/с Максимальный размер кадра для скорости 4 Мбит/с составляет 4,472, а для скорости 16 Мбит/с - 17,800 BiLiM Systems Номера колец и мостов Номера колец Логический номер присваивается физическому кольцу Используются совместно с мостами SR Выделяется мостами SR Номера мостов Логический номер присваивается физическому мосту Используются совместно с номерами колец Выделяется мостами SR BiLiM Systems Мост 1 Кольцо 1 Кольцо 2 Token Ring Логическая топология Маркер BiLiM Systems Token Ring (продолжение) Подключение MAU RI BiLiM Systems RO FDDI Двойное кольцо с противоположными направлениями передачи Протокол Timed Token Оптические или медные кабели BiLiM Systems Нормальный путь по кольцу Нормальный путь по кольцу Рабочая станция Рабочая станция Концентратор Сервер Рабочая станция Рабочая станция Рабочая станция BiLiM Systems Повреждение кольца Повреждение кабеля Повреждение кабеля Повреждение устройства BiLiM Systems Рабочая станция Повреждение Концентратор Рабочая станция Рабочая станция Рабочая станция Сервер Рабочая станция FDDI PHY Разъем MIC Первичные, вторичные и ведущие Рабочая станция A B B A Файловый сервер A B A B BiLiM Systems M M M Концентратор Рабочая станция Физические соединения Станции: SAS и DAS Одинарное подключение станции Двойное подключение станции B S A Концентратор: SAC и DAC M M M M M M M Двойное подключение Одинарное подключение MAC MAC BiLiM Systems M S B A Голос Синхронные/асинхр. данные Кампусная магистраль Технологии ЛВС реализованы на уровне подразделений как “шина” между компьютерами. Повторители обеспечивают простоту подключения. Для реализации физических соединений используются концентраторы (хабы). Мультиплексор Мост/ маршрутизатор Концентратор BiLiM Systems Частные сети Настольные системы Модель сети Мосты обеспечивают соединения между ЛВС. Недостаточные возможности масштабирования заставляют пользователей искать альтернативные решения. Для реализации этих задач была разработана концепция маршрутизаторов, обеспечивающих возможность организации логических сетей. Частные сети берут свое начало от недорогих каналов T1, используемых для снижения телефонных расходов. Данные передаются в таких сетях так же, как по аналоговым линиям с модемами.