Презентация "Технологии локальных сетей" скачать бесплатно


Презентация "Технологии локальных сетей"


Подписи к слайдам:
Слайд 1

Технологии локальных сетей

  • Ethernet
  • <number>

Зарождение Ethernet

  • <number>

Манчестерский код

  • <number>

Формат кадра Ethernet

  • <number>

Минимальный размер кадра

  • Если кадр короткий, а расстояние между компьютерами большое, то отправитель может не обнаружить коллизии
  • Если отправитель закончит отсылать кадр до прихода сигнала о коллизии, то он подумает, что сигнал о коллизии относится не к нему
  • <number>

Минимальный размер кадра

  • 2T – минимальное время передачи сигнала
  • T=L/c, где с – скорость света
  • <number>

Связь характеристик канала

  • Пусть
    • M - минимальный размер кадра
    • P – пропускная способность канала
    • M/P – время записи кадра в канал
  • Связь между скоростью, длиной канала и минимальным размером кадра:
    • M/P > 2T, где T=L/c
  • Примеры:
    • P=10 Mb/s M=64 B тогда L<7680 м
    • P=10 Gb/s M=64 B тогда L<7,68 м
  • <number>

Ethernet 10BASE2 (IEEE 802.3a) Коаксиальный кабель

  • Использует CSMA/CD
  • Сейчас устарел
  • скорость передачи данных 10 Мбит/с
  • максимальная длина кабеля: 200 и 500м
  • host
  • host
  • host
  • host
  • <number>

Fast Ethernet (100 Мбит/с) Витая пара

  • Отказ от шинной топологии – узлы локальной сети образуют «звезду» с концентратором или коммутатором в центре
  • Передача идет в дуплексном режиме
  • В случае подключения через концентратор, применяется CSMA/CD
  • Стандарты Fast Ethernet отличаются средой передачи и другими характеристиками:
    • 100BASE-T – витая пара
    • 100BASE-FX, 100BASE-LX - оптоволокно
  • <number>

Стандарты Fast Ethernet

  • 100BASE-T4: UTP категории 3 (max – 25 МГц); используются все 4 пары (3→ 1←); троичные сигналы; полудуплексный
  • 100BASE-TX: UTP категории 5 (max 125 МГц); используются 2 пары (1→ 1←); дуплексный
  • 100BASE-FX: многомодовое двужильное оптоволокно (1→ 1←); максимальная длина 2км (при правильной настройке)
  • 100BASE-LX: одномодовое двужильное оптоволокно (1→ 1←); максимальная длина 15км (при правильной настройке)
  • <number>

Настройки Ethernet

  • <number>

1 и 10Гбит Ethernet

  • 1000BASE-T: витая пара категории 5, 5е или выше; полудуплексный; в передаче участвуют все 4 пары (125МГц и 5 уровней напряжения, итого 125*4пары*2бита=1000)
  • 1000BASE-SX и LX: многомодовое и одномодовое оптоволокно; расстояние до 500м и 20км;
  • 10GBASE-T: витая пара категории 6а (16 уровней напряжения 650МГц*4пары*4бита)
  • <number>

Витая пара

  • «Витая» - для уменьшения влияния внешних помех
  • Кабель обычно состоит из четырёх пар
  • Виды кабеля:
    • незащищенная витая пара (UTP — Unshielded twisted pair)
    • фольгированная витая пара (FTP — Foiled twisted pair)
    • защищенная витая пара (STP — Shielded twisted pair)
  • Категории кабеля: CAT 1 – 7
  • <number>

Витая пара категорий 7 и 6

  • <number>

Power over Ethernet

  • Передача питания вместе с сигналом по витой паре
  • Могут использоваться как свободные пары, так и фантомное питание по сигнальным проводам
  • Напряжение настраивается автоматически
  • Passive PoE – самодельное питание по свободным парам в 100BASE-TX без автоматической настройки напряжения
  • <number>

Коннекторы и устройство для обжима кабеля

  • <number>

Магистральный кабель (витая пара и оптоволокно)

  • <number>

Оптоволокно

  • Световые сигналы можно передавать через стеклянные или пластиковые нити
  • Свет не выходит из волокна благодаря эффекту полного внутреннего отражения
  • Преимущества:
    • Огромная пропускная способность
    • Невосприимчивость к электромагнитным помехам
    • Апгрейд осуществляется заменой приемников/ передатчиков, а не всего кабеля
  • <number>

Типы оптоволокна

  • Одномодовое – сигнал распространяется по одной прямой, вдоль волокна
  • Многомодовое – сигнал распространяется зигзагами/синусойдами с различными шагами
  • <number>

Типы оптоволокна

  • Одномодовое оптоволокно дешевле и позволяет передавать сигнал на большие расстояния (100км) без повторителей
  • Но оборудование (приемники и лазерные передатчики) гораздо дороже
  • Для многомодового волокна используются дешевые светодиодные источники
  • Меньшая максимальная длина многомодового кабеля (500м) обусловлена модовой дисперсией
  • <number>

Оптоволокно

  • <number>

Спектральное уплотнение каналов (Wavelength-Division Multiplexing)

  • технология, позволяющая одновременно передавать несколько информационных каналов по одному оптическому волокну на разных несущих частотах
  • <number>

Спектральное уплотнение каналов (Wavelength-Division Multiplexing)

  • поддерживает различные битрейты и протоколы
  • <number>

Спектральное уплотнение каналов (Wavelength-Division Multiplexing)

  • позволяет существенно увеличить пропускную способность уже проложенных линий
  • <number>

Типы WDM

  • Coarse WDM (CWDM) – грубые WDM
  • Dense WDM (DWDM) – плотные WDM
  • <number>
  • Характеристики
  • CWDM
  • DWDM
  • Количество каналов
  • 8 – 16
  • 40 – 80
  • Промежуток между каналами
  • 2500GHz (20nm)
  • 100 GHz (0.8nm)
  • Пропускная способность
  • 20 – 40 Gbps
  • 100 – 1000 Gbps

Повторители, концентраторы, хабы (все уже устарели)

  • Работают на физическом уровне!
  • Повторители применяются для усиления сигнала
  • Концентраторы (хабы) предназначены для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент сети
  • Повторяют приходящий на один порт сигнал на все активные порты
  • host
  • host
  • host
  • host
  • Hub
  • <number>

Коммутаторы (свитчи - switch)

  • Работают на канальном уровне!
  • В отличие от концентратора, коммутатор передает данные только непосредственно получателю
  • Если сеть занята, кадр не теряется, а ожидает в буфере коммутатора. Таким образом, не возникает коллизий.
  • Управление коммутатором может осуществляться посредством веб-интерфейса
  • <number>

Коммутаторы

  • <number>

Технологии локальных сетей

  • <number>
  • IEEE 802.11

WiFi. Общие принципы

  • Передача идет по радиоканалу
  • Скорость 54 Мбит/c (для IEEE 802.11g)
  • Два режима работы:
    • с точкой доступа (режим инфраструктуры)
    • без точки доступа (ad-hoc)
  • Протокол доступа к среде: CSMA/CA
  • <number>

Режим инфраструктуры

  • Точка доступа выполняет роль моста между беспроводной и проводной сетями
  • Каждые 0,1с с сигнальным пакетом она передаёт свой идентификатор сети (SSID)
  • При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID программа может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала
  • <number>

Стандарты WiFi

  • IEEE 802.11 — Изначальный 1 Мбит/с и 2 Мбит/c стандарт (1997)
  • IEEE 802.11a 54 Mbit/s DSSS
  • IEEE 802.11b 11 Mbit/s OFDM
  • IEEE 802.11g 54 Mbit/s
  • IEEE 802.11n 600 Mbit/s
  • <number>

Шифрование данных

  • Wired Equivalent Privacy (WEP) - первый стандарт (ключ: 5 или 13 ASCII-символов) – не является достаточно криптостойким
  • Wi-Fi Protected Access (WPA) – включает протоколы 802.1х, TKIP, MIC и стандарт шифрования AES (Advanced Encryption Standard – в WPA2)
    • 802.1х - протокол аутентификации пользователей (нужен спец. RADIUS-сервер)
    • TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) – динамические ключи шифрования (очень часто меняются)
    • MIC (Message Integrity Check) - проверка целостности сообщений (для предотвращения изменений)
  • <number>

MIMO

  • <number>

MIMO – Multiple Input Multiple Output

  • <number>

MIMO (Space time coding)

  • <number>

MIMO

  • <number>

AMS – Adaptive MIMO Switch

  • <number>

WiMAX

  • Worldwide Interoperability for Microwave Access – стандарт IEEE 802.16 беспроводной связи дальнего действия (10 км)
  • Проблема CDMA/CA – более удаленные абоненты имеют меньше шансов передать пакет точке доступа
  • Выход – использование TDMA
  • Для групп пользователей возможно использование FDMA
  • <number>

WiMAX. Виды

  • 802.16d - фиксированный WiMAX
    • стационарные модемы, PCMCIA-карты для ноутбуков
  • 802.16e - мобильный WiMAX (4G)
    • есть роуминг
  • Скорость – до 1 Гбит/с
  • <number>

Мобильные сетевые технологии

  • <number>

Многообразие стандартов

  • <number>

Беспроводные технологии

  • Range
  • Data Rate
  • WiFi
  • 802.11a/g
  • UMTS
  • HSDPA
  • WiFi
  • 802.11b
  • GPRS
  • 50M bps
  • 10M bps
  • 14M
  • 2M
  • 384K
  • 75M
  • 108M
  • 5 Km
  • 100 m
  • WiMAX
  • 11M
  • WiFi
  • 802.11n
  • CDMA
  • OFDM
  • OFDM/MIMO
  • Freq:1.9GHz, 2.1GHz
  • BW: 2 X 5MHz
  • Freq:2.4GHz, 5GHz
  • BW:20MHz
  • Freq: 2.3GHz, 2.5GHz, 3.5GHz, 5GHz
  • BW: 1.25,2.5, 3.5, 5, 7, 10, 14, 20MHz
  • Priority
  • Guaranty BW
  • Long range version of WiFi
  • High data rate version of 3G
  • QoS
  • Mobility
  • Limited
  • High
  • 54MHz
  • Access
  • Contention
  • Scheduling
  • LTE

GSM - Global System for Mobile Communication

  • Стандарты: 1982 CEPT, 1989 ETSI (8000 стр.)
  • Доступ к среде: TDMA и FDMA

Соты

  • ячейки с одним набором частот перемежаются ячейками с другими наборами частот
  • идеи сотовой сети: уровень взаимных помех зависит не от собственно расстояния между ячейками, а от отношения расстояния между ячейками к их радиусу
  • <number>

Handover – передача полномочий

GPRS - General Packet Radio Service

  • Пакетная радиосвязь общего пользования - надстройка над GSM, осуществляющая пакетную передачу данных
    • Множественный доступ: каждому пользователю выделяется пара частот, временные слоты этих частот распределяются с использованием явного резервирования по Робертсу (Reservation-ALOHA)
  • Применяется корректирующее ошибки сверточное кодирование (типы: CS1-CS4 ((9-21 кбит/с))
  • <number>

EDGE (Ёж)

  • Enhanced Data rates for GSM Evolution
  • Использование другого типа модуляции сигнала (8 Phase Shift Keying) позволило в 3 раза увеличить скорость передачи данных по сравнению с GPRS
  • 8 типов кодирования MCS1-8 от 8,4 кбит/с до 59,2 кбит/с
  • х 8 тайм-слотов = до 474 кбит/с
  • <number>

CDMA - соперник GSM

  • Стандарты:
    • cdmaOne (IS-95), 90е годы, 10-100 кбит/с
    • Wideband CDMA – широкополосный (до 384 кбит/с)
    • CDMA2000 – до 2,4 Мбит/с в прямом канале и до 153 кбит/с в обратном; использует ортогональные коды Волша-Хадамарда для разделения канала; ошибки корректируются посредством турбо-кодирования
  • <number>

UMTS, HSPA

  • UMTS - Universal Mobile Telecommunications System – технология использования WCDMA внутри GSM-сети
  • HSPA - High Speed Packet Access – улучшения технологии WCDMA (5.8, 14 Мбит/с)
    • многокодовая передача;
    • улучшенные схемы кодирования
  • HSPA+ (22, 84 Мбит/с) - использование MIMO и другой модуляции сигнала
  • <number>

LTE Advanced (Long Term Evolution)

  • MIMO (3.3 Гбит/с для 8x8)
  • в отличие от WCDMA может работать на полосе частот различной ширины (1.4-100 MHz)
  • all-IP – инфраструктура, маленький пинг
  • FDD (frequency division duplexing) и TDD (time division duplexing)
  • Поддержка MBSFN (Multicast Broadcast Single Frequency Network) – для широковещательной рассылки (TV)
  • Автоматическая автономная настройка оборудования
  • <number>

Мобильный IPv4

  • <number>

Задача

  • Как поддерживать работу приложений, когда узел перемещается в другую сеть?
    • Все приложения предполагают, что IP-адрес узла не меняется во время соединения
    • В момент смены сети узел может получить другой IP-адрес
  • Два очевидных подхода:
    • не менять адрес или
    • менять и использовать мудреную маршрутизацию
  • <number>

Требования к протоколу

  • Мобильный узел должен не разрывать соединений при смене сети
  • Протокол должен работать и в том случае, когда один из узлов – стационарный, не знающий о существовании Mobile IP
  • Протокол должен быть безопасным, не допускать атак с перенаправлением трафика
  • <number>

Архитектура Mobile IP

  • Домашний маршрутизатор
  • Маршрутизатор
  • Мобильный узел 1
  • Узел 2
  • IP туннелирование
  • Чужая сеть
  • Домашняя сеть

Архитектура Mobile IP

  • Мобильный узел - может менять сеть привязки
    • Ему соответствуют 2 адреса: постоянный в домашней сети и переменный (care-of address CoA) – адрес, полученный в текущей сети
    • Mobile IPv4 решает задачу мобильности, сводя ее к задаче маршрутизации (перенаправления)
  • Маршрутизатор в домашней сети туннелирует IP-пакеты мобильному узлу, когда тот не находится в домашней сети
  • Маршрутизатор в текущей сети предоставляет услуги зарегистрированному мобильному узлу
  • <number>

Архитектура Mobile IP

  • Домашний маршрутизатор
  • Маршрутизатор
  • Мобильный узел
  • Текущая сеть
  • Домашняя сеть
  • (1) Я здесь
  • (2) Получает новый адрес
  • (3) Регистрация нового адреса

Архитектура Mobile IP

  • (1) Агенты мобильных сетей (маршрутизаторы) периодически рассылают Agent Advertisement messages
    • Мобильные узлы определяют по ним изменилось ли месторасположения
  • (2) Когда узел определяет факт смены расположения, он получает новый IP-адрес (CoA) (это может быть адрес маршрутизатора)
  • (3) Затем он регистрирует свой новый адрес на своем домашнем маршрутизаторе, обмениваясь сообщениями «Registration Request» и «Registration Reply», возможно, через гостевой маршрутизатор
  • <number>

Определение смены сети

  • Два механизма:
  • Первый основан на поле «Время действия» пакета Agent Advertisement.
    • Мобильные узлы запоминают значения этого поля у полученных пакетов
    • Если в течении данного промежутка времени от указанного маршрутизатора больше не было получено других AA-сообщений, то узел переключается на другой маршрутизатор – месторасположение сменилось
  • <number>

Определение смены сети

  • Второй подход основан на анализе адреса сети
  • Адрес сети: IP адрес + маска
  • Если AA-пакеты другого маршрутизатора содержат тот же адрес сети, то смены месторасположения не произошло
  • <number>

Туннелирование IP-пакетов

  • <number>
  • Minimal Forwarding Header

Безопасность

  • Опасность: злоумышленник может отправить в домашнюю сеть ложное сообщение о смене адреса и все пакеты будут перенаправляться к нему
  • Слабая защита:
    • при смене сети мобильный узел должен в регистрационном сообщении указывать пароль;
  • <number>

TCP поверх ненадежных соединений

  • <number>

Искажения пакетов в беспроводных сетях

  • <number>
  • роутер
  • Узел 2
  • Узел 1
  • 2
  • 3
  • 2
  • 2
  • Потеря  Затор
  • 2
  • 1
  • 0
  • Потери пакетов приводят к большим задержкам
  • и безосновательному уменьшению скорости передачи драйвером TCP
  • Потеря  Затор
  • Узел 3

Проблемы

  • <number>
  • Из-за помех, затухания сигнала, в беспроводных сетях часто теряются или искажаются пакеты
  • TCP не отличает потерь пакетов в результате заторов от отброшенных пакетов в результате искажения
  • TCP безосновательно уменьшает размер окна, предполагая, что канал узкий
  • Это приводит к неэффективному использованию канала

Уменьшение эффективности

  • Время (с)
  • Номер байта
  • реальный
  • (280 Kbps)
  • TCP без ошибок
  • (1.30 Mbps)
  • Передача 2MB по TCP поверх 2 Mbps беспроводного соединения

Возможные решения

  • <number>
  • Изменение реализации TCP
    • Выборочные ACK (не применять групповое квитирование, только выборочное)
    • Включить в квитанции флаг, означающий, что пакет был потерян из-за плохого качества беспроводного соединения
    • Проблема: это будет работать только в одну сторону
  • Проводная связь
  • Беспроводная связь

Возможные решения (канальный уровень)

  • <number>
  • Использование локальных повторных пересылок
  • Использование помехоустойчивого кодирования (проблема: оно не работает при больших потерях данных)
  • Проводная связь
  • Беспроводная связь