Структурная схема ПК(персонального компьютера), её состав.

Вопрос №1.

Изложите общие принципы передачи информации на примере транспортной сети по технологии Ethernet. Услуги VLANи доменов MPLS.

Транспортная сеть- совокупность технических средств, устройств и кабельных линий линейной сети между выходом центральной головной станции и входами узловых головных станций.

Рассмотрим общие принципы передачи информации на примере транспортной сети по технологии Ethernet. Для этого более подробно познакомимся с технологиейEthernet.

Сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети.

Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, работающих по протоколу Ethernet в настоящее время, оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров с установленными сетевыми адаптерами Ethernet - в 50 миллионов.

Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов этой технологии. В более узком смысле Ethernet - это сетевой стандарт, основанный на экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году. Метод доступа был опробован еще раньше: во второй половине 60-х годов в радиосети Гавайского университета использовались различные варианты случайного доступа к общей радиосреде, получившие общее название Aloha. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II для сети, построенной на основе коаксиального кабеля, который стал последней версией фирменного стандарта Ethernet. Поэтому фирменную версию стандарта Ethernet называют стандартом Ethernet DIX или Ethernet II.

На основе стандарта Ethernet DIX был разработан стандарт IEEE 802.3, который во многом совпадает со своим предшественником, но некоторые различия все же имеются. В то время как в стандарте IEEE 802.3 различаются уровни MAC и LLC, в оригинальном Ethernet оба эти уровня объединены в единый канальный уровень, В Ethernet DIX определяется протокол тестирования конфигурации (EthernetConfigurationTestProtocol), который отсутствует в IEEE 802.3. Несколько отличается и формат кадра, хотя минимальные и максимальные размеры кадров в этих стандартах совпадают. Часто для того, чтобы отличить Ethernet, определенный стандартом IEEE, и фирменный Ethernet DIX, первый называют технологией 802.3, а зафирменным оставляют название Ethernet без дополнительных обозначений.

В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3 имеет различные модификации - l0Base-5, l0Base-2, l0Base-T, l0Base-FL, l0Base-FB.

В 1995 году был принят стандарт Fast Ethernet, который во многом не является самостоятельным стандартом, о чем говорит и тот факт, что его описание просто является дополнительным разделом к основному стандарту 802,3 - разделом 802.3ч. Аналогично, принятый в 1998 году стандарт Gigabit Ethernet описан в разделе 802.3z основного документа.

Для передачи двоичной информации по кабелю для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet, обеспечивающих пропускную способность 10 Мбит/с, используется манчестерский код.

Все виды стандартов Ethernet (в том числе Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) используют один и тот же метод разделения среды передачи данных - метод CSMA/CD(carrier-sense-multiply-accesswithcollisiondetection).

Метод доступа CSMA/CD

В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-accesswithcollisiondetection, CSMA/CD).

Этот метод применяется исключительно в сетях с логической общей шиной (к которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Одновременно все компьютеры сети имеют возможность немедленно (с учетом задержки распространения сигнала по физической среде) получить данные, которые любой из компьютеров начал передавать на общую шину (рис.1). Простота схемы подключения - это один из факторов, определивших успех стандарта Ethernet. Кабель, к которому подключены все станции, работает в режиме коллективного доступа (MultiplyAccess, MA).

Рис. 1 - Метод случайного доступа CSMA/CD

Этапы доступа к среде

Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения.

Чтобы получить возможность передавать кадр, станция должна убедиться, что разделяемая среда свободна. Это достигается прослушиванием основной гармоники сигнала, которая также называется несущей частотой (carrier-sense, CS). Признаком незанятости среды является отсутствие на ней несущей частоты, которая при манчестерском способе кодирования равна 5-10 МГц, в зависимости от последовательности единиц и нулей, передаваемых в данный момент.

Если среда свободна, то узел имеет право начать передачу кадра. Этот кадр изображен на рис. 2.3. первым. Узел 1 обнаружил, что среда свободна, и начал передавать свой кадр. В классической сети Ethernet на коаксиальном кабеле сигналы передатчика узла 1 распространяются в обе стороны, так что все узлы сети их получают. Кадр данных всегда сопровождается преамбулой (preamble), которая состоит из 7 байт, состоящих из значений 10101010, и 8-го байта, равного 10101011. Преамбула нужна для вхождения приемника в побитовый и побайтовый синхронизм с передатчиком.

Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные, передает их вверх по своему стеку, а затем посылает по кабелю кадр-ответ. Адрес станции источника содержится в исходном кадре, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ.

Узел 2 во время передачи кадра узлом 1 также пытался начать передачу своего кадра, однако обнаружил, что среда занята - на ней присутствует несущая частота, - поэтому узел 2 вынужден ждать, пока узел 1 не прекратит передачу кадра.

После окончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу (InterPacketGap) в 9,6 мкс. Эта пауза, называемая также межкадровым интервалом, нужна для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние, а также для предотвращения монопольного захвата среды одной станцией. После окончания технологической паузы узлы имеют право начать передачу своего кадра, так как среда свободна. Из-за задержек распространения сигнала по кабелю не все узлы строго одновременно фиксируют факт окончания передачи кадра узлом 1.

В приведенном примере узел 2 дождался окончания передачи кадра узлом 1, сделал паузу в 9,6 мкс и начал передачу своего кадра.

Возникновение коллизии

При описанном подходе возможна ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общей среде. Механизм прослушивания среды и пауза между кадрами не гарантируют от возникновения такой ситуации, когда две или более станции одновременно решают, что среда свободна, и начинают передавать свои кадры. Говорят, что при этом происходит коллизия (collision), так как содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле и происходит искажение информации - методы кодирования, используемые в Ethernet, не позволяют выделять сигналы каждой станции из общего сигнала.

Коллизия - это нормальная ситуация в работе сетей Ethernet. В примере, изображенном на рис. 2, коллизию породила одновременная передача данных двумя узлами. Для возникновения коллизии не обязательно, чтобы несколько станций начали передачу абсолютно одновременно, такая ситуация маловероятна. Гораздо вероятней, что коллизия возникает из-за того, что один узел начинает передачу раньше другого, но до второго узла сигналы первого просто не успевают дойти к тому времени, когда второй узел решает начать передачу своего кадра. То есть коллизии - это следствие распределенного характера сети.

Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии (collisiondetection, CD). Для увеличения вероятности скорейшего обнаружения коллизии всеми станциями сети станция, которая обнаружила коллизию, прерывает передачу своего кадра (в произвольном месте, возможно, и не на границе байта) и усиливает ситуацию коллизии посылкой в сеть специальной последовательности из 32 бит, называемой jam-последовательностью.

Рис. 2 - Схема возникновения и распространения коллизии

После этого обнаружившая коллизию передающая станция обязана прекратить передачу и сделать паузу в течение короткого случайного интервала времени. Затем она может снова предпринять попытку захвата среды и передачи кадра. Случайная пауза выбирается по следующему алгоритму:

Пауза = L *(интервал отсрочки),

где интервал отсрочки равен 512 битовым интервалам (в технологии Ethernet принято все интервалы измерять в битовых интервалах; битовый интервал обозначается как bt и соответствует времени между появлением двух последовательных бит данных на кабеле; для скорости 10 Мбит/с величина битового интервала равна 0,1 мкс или 100 нс),

L - целое число, выбранное с равной вероятностью из диапазона [0, 2N ], где N - номер повторной попытки передачи данного кадра: 1,2,..., 10.

После 10-й попытки интервал, из которого выбирается пауза, не увеличивается. Таким образом, случайная пауза может принимать значения от 0 до 52,4 мс.

Если 16 последовательных попыток передачи кадра вызывают коллизию, то передатчик должен прекратить попытки и отбросить этот кадр.

Из описания метода доступа видно, что он носит вероятностный характер, и вероятность успешного получения в свое распоряжение общей среды зависит от загруженности сети, то есть от интенсивности возникновения в станциях потребности в передаче кадров. При разработке этого метода в конце 70-х годов предполагалось, что скорость передачи данных в 10 Мбит/с очень высока по сравнению с потребностями компьютеров во взаимном обмене данными, поэтому загрузка сети будет всегда небольшой. Это предположение остается иногда справедливым и по сей день, однако уже появились приложения, работающие в реальном масштабе времени с мультимедийной информацией, которые очень загружают сегменты Ethernet. При этом коллизии возникают гораздо чаще. При значительной интенсивности коллизий полезная пропускная способность сети Ethernet резко падает, так как сеть почти постоянно занята повторными попытками передачи кадров. Для уменьшения интенсивности возникновения коллизий нужно либо уменьшить трафик, сократив, например, количество узлов в сегменте или заменив приложения, либо повысить скорость протокола, например перейти на Fast Ethernet.

Следует отметить, что метод доступа CSMA/CD вообще не гарантирует станции, что она когда-либо сможет получить доступ к среде. Конечно, при небольшой загрузке сети вероятность такого события невелика, но при коэффициенте использования сети, приближающемся к 1, такое событие становится очень вероятным. Этот недостаток метода случайного доступа - плата за его чрезвычайную простоту, которая сделала технологию Ethernet самой недорогой. Другие методы доступа - маркерный доступ сетей TokenRingи FDDI, метод DemandPriority сетей 100VG-AnyLAN - свободны от этого недостатка.

Таким образом, передавая информацию в сети по технологии Ethernet, следует учитывать преимущества и недостатки данной технологии.

Преимущества Ethernet:

1. Дешевизна.

2. Большой опыт использования.

3. Продолжающиеся нововведения.

4. Богатство выбора оборудования. Многие изготовители предлагают аппаратуру построения сетей, базирующуюся на Ethernet.

Недостатки Ethernet:

1. Возможность столкновений сообщений (коллизии, помехи).

2. В случае большой загрузки сети время передачи сообщений непредсказуемо.

Услуги VLAN и доменов MPLS

Потенциальными потребителями услуги VLAN (VirtualLocalAreaNetwork) выступают крупные корпоративные пользователи, имеющие несколько офисов с локальными сетями и желающие объединить данные сети в единое информационное пространство без построения собственных, порой весьма дорогостоящих, каналов связи между каждыми из этих локальных сетей для создания распределенной корпоративной сети, защищенных от публичного трафика технологией VLAN.

Рис. 3 – Пример объединения нескольких офисов с помощью услуги VLAN

В общем случае VLAN - это объединение локальных сетей или отдельных машин, подключенных к сети общего пользования, в единую виртуальную локальную сеть, обеспечивающую секретность и целостность передаваемой по ней информации (прозрачно для пользователей). Технология VLAN обеспечивает постоянное соединение нескольких абонентов, с возможностью защищенной передачи данных и голосовой информации между ними. VLAN является оптимальным решением для передачи чувствительного к задержке трафика (голос, видео) и конфиденциальной корпоративной информации. Весь трафик, передаваемый между участниками VLAN, передается в защищенном режиме на основе действующих стандартов защиты информации.

Преимущества VLAN наиболее сильно проявляются при объединении территориально-распределенных компьютерных сетей. Виртуальный канал позволяет связать локальные сети офисов и учережденческие АТС и организовать несколько каналов связи, в том числе для доступа в сеть Интернет.

Между территориально-удаленными сегментами корпоративной сети объединенными в VLAN возможна передача любой информации, передаваемой по протоколу Ethernet. Количество точек включения в VLAN не ограничено. При необходимости любая из точек, включенных в VLAN, может быть также обеспечена доступом в Интернет через тот же физический канал связи.

Отличительные особенности и основные преимущества услуги для клиента:

- возможность объединения своих удаленно расположенных сетей для создания единой виртуальной локальной сети на коммутируемой сети передачи данных в среде Ethernet (преимущества единого информационного пространства, не взирая на географическую удаленность подключенных объектов друг от друга);

- оплата только за аренду каналов, что позволяет Клиенту пропускать неограниченный трафик между своими сетями;

- возможность выхода в сеть Интернет через одну точку подключения;

- возможность одновременной передачи речи, данных и видеоизображения;

- высокая скорость передачи информации;

- возможность организации удобной и недорогой внутрикорпоративной телефонной связи с использованием короткого набора номера;

- возможность проведения видеоконференций и дистанционного обучения;

- возможность совместной работы над документами и базами данных;

- возможность эффективного решения множества других задач, если для их реализации требуется гибкая корпоративная сеть связи.

Виртуальные частные сети на основе VLAN привлекают сегодня всеобщее внимание. От других способов построения виртуальных частных сетей, VLAN выгодно отличает высокая масштабируемость, возможность автоматического конфигурирования и естественная интеграция с другими сервисами IP: доступом к Internet, Web и почтовыми службами, хостингом.

Использование технологии VLAN необходимо там, где требуется защита корпоративной сети от воздействия вирусов, злоумышленников, просто любопытных, а также от других угроз, являющихся результатом ошибок в конфигурировании или администрировании сети.

VLAN, создаваемые на базе сети передачи данных, являются отличной альтернативой изолированным корпоративным сетям.

Технология MPLS        

Традиционными требованиями, предъявляемыми к технологии современной магистральной сети, были высокая пропускная способность, высокая скорость передачи, хорошая масштабируемость, надежность и др. Однако современное состояние рынка телекоммуникаций выдвигает дополнительные требования. Теперь провайдеру услуг недостаточно просто предоставить доступ к своей магистрали - пользователи хотят иметь возможность организации виртуальных частных сетей (VPN) и доступа к различным интегрированным сервисам сети. Для решения этих задач и решения проблемы обеспечения "сквозного" качества обслуживания была разработана технология MPLS.

Термины и определения в технологии MPLS

Метка – короткий идентификатор фиксированной длины, имеющий значение на локальном участке сети для определения FEC. На сегодняшний день стандартом определен формат 32-битной метки, располагаемой между заголовками второго уровня (Layer2) и третьего уровня (Layer 3).

ForwardingEquivalencyClass (FEC) – совокупность пакетов, обслуживаемых в сети одинаковым способом. Пакеты, принадлежащие одному FEC в домене MPLS, следуют общим маршрутом – по одному LSP. FEC (класс эквивалентного продвижения), к которому приписан пакет, может быть однозначно идентифицирован меткой, расположенной в этом пакете.

LabelDistributionProtocol (LDP) – протокол распространения меток. Функции и характеристики протокола:

- предоставляет возможность маршрутизаторам с коммутацией меток LSR (LabelSwitchingRouter) обнаруживать друг друга и устанавливать взаимодействие,

- определяетчетыреклассасообщений: DISCOVERY, ADJACENCY, LABEL ADVERTISEMENT и NO-TIFICATION,

Для обеспечения надежности передачи сообщений протокол работает "поверх" TCP, позволяющего обеспечить гарантированность доставки.

LabelSwitchPath (LSP) – точный маршрут следования пакетов через сеть MPLS. Построение маршрутов LSP обеспечивается специальными протоколами распространения меток (LDP), такими как RSVP-TE и/или CR-LDP.

LabelSwitchRouter (LSR) – маршрутизатор с коммутацией меток. Пограничный LSR, осуществляющий маркировку пакета меткой, называется LER (LabelEdgeRouter).

CR-LDP и RSVP-TE– механизмы сигнализации для управления трафиком в магистрали (MPLS TrafficEngineering). Предназначены для организации процесса распространения меток с использованием явной маршрутизации.

MPLS (MultiProtocolLabelSwitching) — это технология быстрой коммутации пакетов в многопротокольных сетях, основанная на использовании меток. MPLS сочетает в себе возможности управления трафиком, присущие технологиям канального уровня (DataLinkLayer 2), и масштабируемость и гибкость протоколов, характерные для сетевого уровня (NetworkLinkLayer 3). "Многопротокольность" в название технологии означает, что MPLS – инкапсулирующий протокол и может транспортировать множество других протоколов, рис. 4.

Рис. 4 - Технология MPLS в IP сетях и модель OSI/ISO

Технологии MPLS и DiffServ (Differentiatedservice) схожи – оба стандарта используют маркировку пакетов во входных точках сети, то есть анализ, классификация трафика происходит на границе доменов. Однако, в отличие от DiffServ, использующего для DSCP уже существующее поле TOS в пакете IP, в MPLS к пакету добавляется специальная 32-разрядная информационная метка, рис. 5. Метка помещается между заголовками второго/ третьего уровня и используется для определения следующего маршрутизатора на пути к пункту назначения. Кодовое же слово DSCP в механизме DiffServ не несет себе информацию, которая влияет на выбор маршрута для продвижения пакетов, а определяет уровень качества обслуживания пакетов в промежуточных узлах. 

Рис. 5 - Формат метки MPLS

Протокол MPLS упрощает процесс продвижения пакетов в магистрали, поскольку на промежуточных LSR происходит не обычная маршрутизация, а высокоскоростная коммутация на основании информации в метке. Распространение трафика в сети MPLS происходит по следующему сценарию. Первый пограничный коммутатор LER на основании IP адреса пункта назначения и/или другой информации заголовка пакета определяет соответствующее политике обеспечения QoS значение метки, принадлежность пакета определенному классу FEC и выходной интерфейс для пакета. Следующий маршрутизатор LSR использует метку для про-движения пакета, сопоставляя с находящейся на нем базой информации о метках (LabelInfor-mationBase — LIB), определяет следующий LSR на пути к пункту назначения и заменят метку на новую. Последний пограничный маршрутизатор снимает метку и отправляет на выходной интерфейс в обычном виде, рис. 6.

Рис. 6 - Пример гибридной магистрали DiffServ+MPLS

Вопрос №27.

Приведите и поясните структурную схему персонального компьютера. Принципы IP-телефонии.

Структурная схема ПК(персонального компьютера), её состав.

Рис. 7 – Структурная схема ПК

Общая структура ПК показана на рисунке 7.

Любой компьютер содержит:

- процессор;

- память (запоминающее устройство);

- устройства ввода;

- устройства вывода.

 Процессор — это центральное устройство компьютера, которое обрабатывает информацию и управляет работой других устройств. Память хранит программы и данные. Устройства ввода позволяют вводить информацию в компьютер. Устройства вывода выводят результаты работы компьютера.

К базовой конфигурации (составу оборудования) относятся:

- системный блок;

- монитор;

- клавиатура;

- мышь.

Все, без чего можно обойтись при основной работе за компьютером, относится к периферийному оборудованию:

- принтер;

- сканер;

- модем;

- колонки и т. д.

Системный блок

В системном блоке расположены основные части компьютера, управляющие работой всех остальных устройств:

ü центральный процессор или микропроцессор, управляющий работой всего компьютера;

ü постоянная память, в которой как при включенном, так и при выключенном компьютере хранятся универсальные программы, обеспечивающие его функционирование;

ü оперативная память, в которой хранятся программы и данные во время работы компьютера;

ü адаптеры и контроллеры, управляющие работой периферийных устройств;

ü коммуникационные порты, обеспечивающие связь данного персонального компьютера с периферийными устройствами и с другими персональными компьютерами;

ü блок питания, который обеспечивает все компоненты системы стабилизированным напряжением и охлаждает системный блок;

ü накопители или дисководы для гибких магнитных дисков; CD-ROM;

ü накопитель на жестком магнитном диске, или винчестер.