LAN - Local Area Network

WAN - Wide Area Network
Объединяют узлы и сети на больших расстояниях
обычно медленнее, чем LAN.
обычно менее надежны, чем LAN.
часто point-to-point соединения
Технологии:
Телефонные линии
ISDN
Спутниковая связь
ATM
FrameRelay
Ethernet 100-10000 Mpbs (FiberOptic)
X.25
В последние годы качество и пропускная способность магистральных каналов существенно выросли.
GigabitEthernet, 10Gbit на оптоволоконных линиях

Основные понятия
Данные в вычислительной технике – двоичный код: 1 0 0 1 0
Представление данных в виде физического сигнала (электрического, оптического, etc) - кодирование

Сигналы
Аналоговые - меньшее затухание
- легко мультиплексировать
Цифровые - устойчивость к помехам - дешевое оборудование
Модулированные - по одному каналу возможна одновременная
передача на разных несущих частотах
Немодулированные - широкополосный спектр
(сигнал занимает весь канал)
Пропускная способность канала непосредственно
связана с модуляцией

DigitalData/AnalogSignal
Digital Data
Amplitude Modulation (AM)
Frequency Modulation (FM)
Phase Modulation (PM)
Digital Signal

Методы передачи
Baseband – передача в основной полосе, прямая, немодулированная.
Вся полоса для передачи одного сигнала. Обычно используется в LAN.
Broadband – широкополосная передача.
по нескольким частотным каналам за счет использования
частотного уплотнения (FDM) ;
мультиплексирование по длине волны WDM(DVDM);
мультиплексирование с разделением времени (TDM).

Frequency Division Multiplexing (FDM)
Метод:
Разделение частотного спектра на логические каналы с фиксированной полосой частот и направление каждого информационного потока в один логический канал

Time Division Multiplexing (TDM)
Метод:
Передача различных информационных потоков в разные временные фреймы фиксированной длины

Circuit Switching: FDMA and TDMA

Цифровое кодирование
Voltage
Time
1
1
0
0
1
1
1
0
Для кодирования используется перепад (фронт) в середине такта.
В начале такта возможен служебный перепад.
Пример: Manchester Code

Network Media
Copper
Coaxial cable
Twisted-pair cable
Glass
Fiber-optic cable
Wireless (Air)
Infrared
Radio waves
Microwaves
Anything that carries the message through the network
Transmission media—physical path through which computers send and receive signals

Media Characteristics
Производительность/ширина полосы частот (Throughput/bandwidth)
Устойчивость к помехам
Цена
- Инсталляции
- Поддержки
Масштабируемость
Емкость по количеству узлов
Затухание - max длина сегмента, max число сегментов
Connectors

Transmission Media

Connectors

Coaxial Cable (Coax)
Медный одножильный провод в экранированной оболочке.
Хорошая устойчивость к электромагнитным помехам
Два основных типа
Thinnet (10Base2)—RG 58 A/U, RG 58 C/U
LAN: до 10 Мбит/с на 185 м
Thicknet (10Base5)— RG8, RG11,RG 62
LAN: до 10 Мбит/с на 500 м
Thicknet
Thinnet

Coaxial Cable
Топология “шина” (bus)
На концах необходимы терминаторы (заглушки R=50Ом). Они служит нагрузкой, в которой электромагнитные волны гасятся не вызывая отраженного сигнала
Thinnet:
BNC-connector
Thicknet:
n-connectors

Витая пара (Twisted Pair)

Вита пара.1
Полностью симметричная пара не создает помех для
окружающей среды

Витая пара.2
Внешнее напряжение помехи не оказывает влияния на полностью симметричную передачу.
На втором рисунке противоположный пример – на асимметричной передаче помехи сильно заметны.

Наводки в витой паре

*/ В настоящее время наиболее распространены следующие типы обозначений кабеля на основе витой пары:
UTP (unscreened или unshielded Twisted Pair)
— неэкранированная или незащищённая витая пара.
ScTP (Screened Twisted Pair)
— экранированная витая пара — кабель, в котором каждая пара заключена в отдельный экран.
STP или FTP (Shielded Twisted Pair или foil screened
Twisted Pair)
— защищённая витая пара + общий экран имеет вид оплётки или состоит из фольги.

Варианты разводки проводов витая пара
Коннекторы гнездового и
штекерного разъемов RJ45

Кабель витая пара (SSTP), 4 пары, категория 7 (1200 МГц)
1 - Внешняя оболочка
2 - Экран-сетка
3 - Дренажный провод
4 - Экран-фольга
5 - Витая пара solid

Принцип работы оптоволоконной линии
Основан на явлении полного внутреннего отражения электромагнитных волн на границе раздела диэлектриков с разными показателями преломления.
Источник: светодиод или полупроводниковый лазер
Кодирование информации: двухуровневое изменение интенсивности света (0 -1).
Луч света впускают в более плотную среду, ограниченную менее плотной. При правильном подборе материалов, происходит полное отражение.
На другом конце кабеля принимающий детектор преобразует световые сигналы в электрические.
Затухание (характеризует потерю мощности передаваемого сигнала на заданном расстоянии, дБ/км )
- Потери на поглощение. Связаны с преобразованием одного вида энергии в другой. Электромагнитная волна определенной длины может вызывать возбуждение электронов, что ведет к нагреву волокна. Процесс поглощение волны тем меньше, чем меньше ее длина, и чем чище материал волокна.
- Потери на рассеяние: выход части светового потока из волновода. Обусловлено неоднородностями показателя преломления материалов.
Дисперсия (означает рассеяние во времени спектральных и модовых составляющих оптического сигнала )

Многомодовое оптическое волокно
1) со ступенчатым профилем показателя преломления
Область применения:
короткие (до 1 км) линии связи
со скоростями передачи до 100 Мбайт/с,
рабочая длина волны 0,85 мкм
2) с градиентным показателем преломления
Одномодовое оптическое волокно
Отсутствует межмодовая дисперсия,
расстояние до 50 км, скорость до 5 Гбит/с и выше без регенерации.
Рабочие длины волн:
1,31 мкм и 1,55 мкм.
Линии связи до 5 км,
со скоростями передачи до 100 Мбайт/c
на длинах волн 0,85 мкм и 1,35 мкм.

Fiber-optic cable
Содержит одну или более стеклянных сердцевин в защитной оболочке
Категории: Single-mode(SM) и multi-mode (MM)
Fiber-optic connectors:
ST and SC
Optical fiber (core)
Glass cladding
Protective outer sheath
(jacket)

Conducted Media Summary

Структурированная кабельная система (CKC)
Магистраль комплекса (между зданиями)
Магистраль внутри здания
Горизонтальная подсистема

Подключение рабочего места

Cсылки
Характеристики кабельного оборудования ЛВС, принципы монтажа СКС, примеры с иллюстрациями: http://www.ecolan.ru/imp_info/
Оптоволоконные кабели http://www.intuit.ru/department/network/terminals/7

Соответствие сетевого оборудования
модели OSI
Уровни модели OSI Сетевое оборудование

Repeaters
Repeater(повторитель) – двунаправленная передача, усиление сигнала
Соединение двух сегментов LAN
Копирует биты из одного сегмента в другой с улучшением формы сигнала, позволяет увеличить размер физической сети
Не просматривает содержимое данных
REPEATER

HUB
Синонимы: Многопортовый повторитель, концентратор
регенерирует сигнал поступающий с одного из
портов на все другие порты;
не изолирует от коллизий;
требует электропитания

Technology translation
(examples)
Ethernet AUI to thinnet
Ethernet AUI to 10Base-T
Converters (transceivers)
Ethernet 10/100BaseTX to 100BaseSX

Network interface card (NIC)
Physical functions
- signaling (built in transceiver)
Data Link functions Logical Link Control (LLC)
- Establishes the correct type of connections
- Error handling
Medium Access Control (MAC)
- MAC address is burned into the NIC
- Sends and receives the correct frame type
- Collision handling

MAC Address
MAC address is burned into ROM on
a network interface card
24 bits
24 bits
00:00:0c:12: 34:56
Vendor Code
Serial Number
ROM
RAM

Bridge (мост)
Передает фреймы из одного сегмента в другой
Может обслуживать выборочно - не копирует все фреймы (просматривает DataLink-заголовки).
Позволяет расширить сеть (снимает физические ограничения длины)
BRIDGE

Bridge/transceiver
Data
Token
Ring
Trailer
Transport
Header
Network
Header
Token
Ring
Header
Data
Transport
Header
Network
Header
Data
Transport
Header
Network
Header
Data
Transport
Header
Data
Transport
Header
Data
Data
LAN 1: Ethernet 1 Sender
Receiver
LAN 2: TokenRing
Data
CSMA
/CD
Trailer
Transport
Header
Network
Header
CSMA
/CD
Header
BRIDGE

Segmentation of traffic
Сhecks destination of each incoming frame
Learns location of stations by watching frames
Forwards all broadcast and multicast packets
Switch (коммутатор)
Многопортовый мост
Методы коммутации:
с буферизацией (Store and forward)
без буферизации пакетов или
коммутация "на лету" (Cut-through)

Использование коммутаторов для построения VLANs
Virtual local area networks (VLANs)
Позволяет объединять отдельные порты в логические группы
Каждая группа - отдельный broadcast domain

Router (маршрутизатор)
Routers connect two or more networks
Consist of hardware and software
Hardware
Network server, separate computer, special black box
Physical interface for various networks
Software
Operating system and Routing protocol
Routers operated at the Network layer

Gateway (шлюз)
Operates as a router
Data conversions above the network layer.
Conversions:
encapsulation - use an intermediate network
translation - connect different application protocols
encryption - could be done by a gateway
Gateway
Еxample:
translation from green protocol to red protocol