Презентация "Технологии локальных сетей"
Подписи к слайдам:
Технологии локальных
сетей
Повторители, концентраторы, хабы (все уже устарели)
- Ethernet
- <number>
- <number>
- <number>
- <number>
- 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>
- 2T – минимальное время передачи сигнала
- T=L/c, где с – скорость света
- <number>
- 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>
- Использует CSMA/CD
- Сейчас устарел
- скорость передачи данных 10 Мбит/с
- максимальная длина кабеля: 200 и 500м
- host
- host
- host
- host
- <number>
- 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>
- 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>
- <number>
- 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» - 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>
- <number>
- 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>
- <number>
- <number>
- 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>
- Одномодовое – сигнал распространяется по одной прямой, вдоль волокна
- Многомодовое – сигнал распространяется зигзагами/синусойдами с различными шагами
- <number>
- 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>
- <number>
- технология, позволяющая одновременно передавать несколько информационных каналов по одному оптическому волокну на разных несущих частотах
- <number>
- поддерживает различные битрейты и протоколы
- <number>
- позволяет существенно увеличить пропускную способность уже проложенных линий
- <number>
- Coarse WDM (CWDM) – грубые WDM
- Dense WDM (DWDM) – плотные WDM
- <number>
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- 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>
- 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>
- <number>
- <number>
- IEEE 802.11
- 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>
- 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>
- 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>
- 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>
- <number>
- <number>
- <number>
- <number>
- <number>
- 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>
- 802.16d - фиксированный WiMAX
- стационарные модемы, PCMCIA-карты для ноутбуков
- 802.16e - мобильный WiMAX (4G)
- есть роуминг
- Скорость – до 1 Гбит/с
- <number>
- <number>
- <number>
- 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
- Стандарты: 1982 CEPT, 1989 ETSI (8000 стр.)
- Доступ к среде: TDMA и FDMA
- 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>
- 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>
- 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>
- 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 - 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>
- 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>
- <number>
- 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>
- 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>
- Домашний маршрутизатор
- Маршрутизатор
- Мобильный узел 1
- Узел 2
- IP туннелирование
- Чужая сеть
- Домашняя сеть
- 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>
- Домашний маршрутизатор
- Маршрутизатор
- Мобильный узел
- Текущая сеть
- Домашняя сеть
- (1) Я здесь
- (2) Получает новый адрес
- (3) Регистрация нового адреса
- (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>
- 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>
- 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>
- <number>
- Minimal Forwarding Header
- 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>
- <number>
- <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
- <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
- Время (с)
- Номер байта
- реальный
- (280 Kbps)
- TCP без ошибок
- (1.30 Mbps)
- Передача 2MB по TCP поверх 2 Mbps беспроводного соединения
- <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
- <number>
- Использование локальных повторных пересылок
- Использование помехоустойчивого кодирования (проблема: оно не работает при больших потерях данных)
- Проводная связь
- Беспроводная связь
