На уроке у Нины Дмитриевны

На этой странице:

• Ответы на вопросы Читального зала
• Ответы на вопросы Академии-1 (общая информация по сетям)
• Ответы на вопросы Академии-2 (локальные сети Ethernet)
• Решения зачётных классов

Содержание урока по компьютерным сетям распределено по трём уровням. Каждый следующий уровень уточняет (детализирует) материал предыдущего и расширяет его:

1. Читальный зал (самые общие сведения о компьютерных сетях).
2. Академия-1. Общая информация по сетям (более подробные сведения о компьютерных сетях).
3. Академия-2. Локальные сети Ethernet (конкретное и детальное описание принципов работы сетей Ethernet).

В соответствие с поставленными задачами обучения, можно ограничиться только материалом Читального зала (это не повлияет на связность дальнейшего изложения), можно продвинуться далее к Академии-1 или углубиться в конкретные подробности построения сетей Ethernet на базе материала Академии-2.

Пример конкретной обучающей “траектории” предлагают уроки Нины Дмитриевны.

Ответы на вопросы Читального зала

Объясните смысл следующих терминов:

1. Компьютерная сеть

   Ответ. Компьютерная сеть — соединение компьютеров при помощи каналов связи для обмена информацией и совместного использования ресурсов и услуг.
   
   

2. Локальная сеть

   Ответ. Локальная сеть — соединение компьютеров внутри здания или в пределах небольшой территории для совместного использования информации, устройств и услуг.
   
   

3. Глобальная сеть

   Ответ. Глобальная сеть — соединение компьютеров на большой географической территории.
   
   

4. Топология сети

   Ответ. Топология сети — способ физического соединения компьютеров в сеть каналами связи.
   
   

5. Интернет

   Ответ. Интернет — глобальная всемирная компьютерная сеть. Интернет появился в США в 1969 году (ARPANET). Сначала сеть содержала несколько компьютеров, затем к ней стали подсоединяться новые пользователи по всему миру (отдельные компьютеры и сети).
   
   

6. Сервер

   Ответ. Сервер — компьютер, подключённый к сети (и выполняющаяся на нём программа), обслуживающий запросы клиентов на получение информационных услуг.

   Сервер предлагает клиентам место на своём жёстком диске, принтеры, сканеры, факсы, другие подключённые к нему устройства, организует различные сетевые службы (почта, файловые архивы, тематические страницы, доски объявлений, новостные группы, форумы, чаты, конференции…).
   
   

7. Сервер Интернета

   Ответ. Сервер Интернета — сервер, связанный с другими серверами Интернета. Сервер Интернета обслуживает клиентов и выполняет транзитную передачу сообщений от других серверов к адресатам.
   
   

8. Клиент

   Ответ. Клиент — компьютер (и программа), имеющий доступ к услугам сервера.
   
   

9. Рабочая станция

   Ответ. Рабочая станция — рядовой компьютер локальной сети.
   
   

10. Провайдер

    Ответ. Провайдер сетевых услуг — организация, предоставляющая сетевые услуги через свой сервер.
    
    

11. Сетевой протокол

    Ответ. Правила, по которым компьютеры в сети обмениваются информацией, называются сетевым протоколом.

    Более подробный ответ: сетевой протокол — согласованный и утверждённый стандарт, содержащий описание форматов данных, правил приёма и передачи. Протоколы служат для синхронизации работы сети.
    
    

12. Сетевой адаптер

    Ответ. Сетевой адаптер — электронное устройство (как правило, компьютерная плата) — преобразователь информации поступающей от компьютера в форму, пригодную для передачи по каналу связи и обратно.
    
    

13. Модем

    Ответ. Модем — сетевой адаптер для передачи данных по телефонному каналу связи.
    
    

Ответьте на следующие вопросы:

1. Какие задачи решает компьютерная сеть?

   Ответ. Компьютерная сеть позволяет объединять программные, информационные и электронные ресурсы компьютеров и предоставляет пользователям различные информационные услуги (электронная почта, работа с файловыми архивами, поиск информации, дистанционные конференции, электронная коммерция…)
   
   

2. Чем глобальная сеть отличается от локальной сети?

   Ответ. По территориальному признаку. Локальная сеть соединяет компьютеры внутри здания или в пределах небольшой территории. Глобальная сеть — на большом географическом пространстве.
   
   

3. Как появился Интернет?

   Ответ. В 1969 году Агентством перспективных научных разработок (Advanced Research Project Agency, ARPA — подразделение Министерства обороны США) была создана компьютерная сеть ARPANET, из которой вырос современный Интернет.

   Основной задачей этой разработки было получение надёжной компьютерной сети, которая продолжала бы работу даже тогда, когда отдельные узлы выходили из строя.
   
   

4. Какие задачи решает сервер Интернета?

   Ответ. Сервер Интернета работает на клиентов: передаёт и принимает для них информацию, а также выполняет транзитные пересылки информации, следующие через него к своему пункту назначения.

   Основной режим работы сервера — ожидание запросов от клиентов или других серверов. Когда запрос получен, сервер либо сам выполняет его, либо передаёт запрос другим серверам.
   
   

5. Как информация передаётся в Интернете?

   Ответ. Отправитель (сетевое программное обеспечение) разделяет сообщение на части-пакеты. Каждый пакет снабжается адресом получателя и отправляется соседу в сети по пути следования. В зависимости от текущей обстановки в сети, пакеты могут попадать к адресату разными путями. В пункте назначения из полученных пакетов сообщение восстанавливается.
   
   

6. Назовите две основных причины, которые обеспечивают надёжность Интернета.

   Ответ. Надежность Интернета обеспечивается за счёт:
   
   

   • отсутствия единого центра управления;

   • множественных (паутинных) связей между отдельными узлами.

Ответы на вопросы Академии (общая информация по сетям)

Объясните смысл следующих терминов:

1. Псевдосеть

   Ответ. Соединение компьютеров без каких-либо сетевых адаптеров через стандартные компьютерные порты.
   
   

2. Реальная сеть

   Ответ. Соединение компьютеров с использованием сетевых адаптеров.
   
   

3. Территориальная распространённость сети

   Ответ. Различают локальные сети (небольшая территория) и глобальные сети (значительное географическое пространство).
   
   

4. Принадлежность сети

   Ответ. Признак, характеризующий объединение пользователей сети: семейные сети, домовые сети, сети организаций, предприятий, ведомств, региональные сети, государственные сети, международные сети.
   
   

5. Быстродействие сети

   Ответ. Важная характеристика сети. Быстродействие сети измеряют количеством бит, которое сеть способна передать за одну секунду по своим каналам связи. По этому признаку сети подразделяют на:

   • низкоскоростные (до 10 Мбит/с)
   • среднескоростные (до 100 Мбит/с)
   • высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с)

   Следует отметить, что реальная скорость работы сети всегда ниже скорости передачи данных по её каналам связи: сообщения передаются частями (пакетами), которые кроме передаваемых данных содержат служебную часть (преамбулу, адрес отправителя, адрес получателя, контрольную сумму). Кроме того, реальная скорость передачи зависит от интенсивности работы пользователей в каждый момент времени: передатчику приходится ожидать паузу (в сетях Ethernet) или специальный сигнал-маркер (в сетях Token Ring и FDDI) для начала передачи.
   
   

6. Тип канала передачи

   Ответ. Различают проводные и беспроводные каналы связи:

   • Проводные каналы: коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель, телефонные провода, провода бытовой электросети.
   • Беспроводные каналы: передача в диапазоне радиоволн или инфракрасном диапазоне.
   
   
   

7. Топология Общая шина

   Ответ. Все узлы сети подсоединены к общему каналу связи.
   
   

8. Топология Звезда

   Ответ. Все узлы подсоединены к одному выделенному узлу (хабу, коммутатору или маршрутизатору).
   
   

9. Топология Дерево

   Ответ. Иерархическая структура с выделенным узлом в корне.
   
   

10. Топология Кольцо

    Ответ. Каждый узел соединён с двумя другими; соединения образуют кольцо.
    
    

11. Топология Ячеистая сеть

    Ответ. Паутинное соединение. Сообщение от одного узла к другому может проходить по нескольким маршрутам.
    
    

12. Сетевой протокол

    Ответ. Сетевым протоколом называется согласованный и утверждённый стандарт, содержащий описание форматов данных и правил приёма и передачи. Протоколы служат для синхронизации работы сети.
    
    

13. Сеть Ethernet

    Ответ. Сети Ethernet — набор технологий (и протоколов) построения сети: Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10G Ethernet.

    Первый вариант этих технологий, собственно и называемый Ethernet, описывает правила построения сетей с одной разделяемой средой (при использовании только хабов) или нескольких разделяемых сред (при использовании коммутаторов и маршрутизаторов).

    Пакет, переданный одним узлом в разделяемой среде Ethernet, получают все другие узлы, входящие в состав этой сети. Но только тот узел принимает пакет полностью, для которого он предназначен (узлы анализируют адрес получателя, который передаётся в составе пакета).
    
    

14. Сеть Token Ring

    Ответ. Сеть Token Ring — это сеть, построенная на кольцевой топологии и работающая по следующим правилам.

    • Передача выполняется по кольцу от станции к станции всегда в одном направлении.
    • Изначально по кольцу передаётся специальный сигнал — маркер свободной среды.
    • Когда станция получает маркер, она может вместо него отправить в сеть информационный пакет.
    • Пакет перемещается по кольцу, пока не попадает на станцию назначения.
    • Получатель копирует пакет в свой буфер, после чего передает его дальше по кольцу с пометкой о вручении.
    • Отправитель получив уведомление изымает пакет из сети и передаёт токен сетевому соседу.

    Сети Token Ring и Ethernet используют разделяемые среды, но алгоритмы их работы разные.
    
    

15. Хаб

    Ответ. Хаб — устройства для соединения каналов связи в сети.

    Хаб — устройство без программного обеспечения; передаёт пакет, полученный с одного порта на все остальные.
    
    

16. Коммутатор

    Ответ. Коммутатор — устройства для соединения каналов связи в сети.

    Коммутатор — устройство c программным обеспечением; передаёт пакет только в порт, на котором находится получатель.
    
    

17. Маршрутизатор

    Ответ. Маршрутизатор — устройства для соединения каналов связи в сети.

    Маршрутизатор — устройство c программным обеспечением; определяет оптимальный маршрут и передаёт пакет в соседний узел по этому маршруту.
    
    

Ответьте на следующие вопросы:

1. По каким признакам можно классифицировать компьютерные сети?

   Ответ. По приведённым ниже (и другим).

   • Территориальная распространённость
   • Принадлежность
   • Быстродействие
   • Тип канала передачи информации
   • Топология
   
   

2. Что понимается под быстродействием компьютерной сети?

   Ответ. Скорость передачи данных по каналам связи.
   
   

3. Почему реальная скорость передачи данных по сети всегда ниже быстродействия сети?

   Ответ. Сообщения передаются небольшими порциями (пакетами). Пакет, кроме собственно фрагмента данных, содержит служебную информацию: начальную преамбулу (для синхронизации передатчика и приёмника) адрес отправителя и адрес получателя, длину пакета, контрольную сумму (для проверки целостности полученного пакета). То есть по сети всегда пересылается больше данных, чем их содержит исходное сообщение.

   Чем больше пользователей в сети, тем больше нагрузка на каналы связи: время ожидания для начала передачи пакета возрастает.

   В силу этих причин, а также из-за посылки квитанций о приёме и из-за перепосылки испорченных пакетов реальная скорость передачи данных (например, компьютерного файла) существенно ниже скорости работы канала связи (быстродействия сети).
   
   

4. Управляет ли сервер работой сети?

   Ответ. Нет. Сервер не управляет сетью, он оказывает услуги своим клиентам (обрабатывает их запросы): предлагает место на своём жёстком диске, принтеры, сканеры, факсы, другие подключённые к нему устройства, организует различные сетевые службы (почта, файловые архивы, тематические страницы, доски объявлений, новостные группы, форумы, чаты, конференции…).
   
   

5. Объясните принцип работы Ethernet-сети с общей шиной.

   Ответ. В такой сети все узлы (рабочие станции и сервер) подключены к одному общему кабелю. Сеть работает по следующим правилам:

   • Сообщение для передачи разделяется на пакеты.
   • Пакет, переданный по кабелю, получают все узлы к нему подключённые.
   • Передачу можно начать только тогда, когда в сети нет другой передачи.
   • После передачи пакета узел делает паузу, и ей может воспользоваться другой сетевой участник для начала своей передачи.
   
   
   

6. Почему передаваемое по сети сообщение разделяют на пакеты?

   Ответ. Сообщение передаётся небольшими порциями, чтобы дать возможность другим станциям начать свою передачу в паузах между передачей пакетов.
   
   

7. В чём преимущества и недостатки сети с общей шиной по сравнению с сетью, имеющей топологию звезда?

   Ответ. Сети, имеющие топологию общая шина, требуют небольшого количества кабеля, но труднее поддаются диагностике и ремонту по сравнению с сетями, построенными по схеме звезда.

   Обрыв общего кабеля в любом месте приводит к выходу из строя сети в целом.

   Сети с топологией звезда надёжны, ведь разрыв кабеля на отдельной рабочей станции никак не влияет на работу остальной части сети.
   
   

8. В каких сетях используется и как работает хаб?

   Ответ. Хаб — сетевое коммуникационное устройство, которое используют для построения Ethernet-сетей по топологиям звезда и дерево.

   Хаб имеет несколько портов (разъёмов) к которым подключаются сетевые кабели рабочих станций (и сервера).

   Поступающий на порт хаба пакет транслируется на все остальные его порты, поэтому сеть с хабами работает также как и сеть, построенная на общей шине (это сети с разделяемой средой).
   
   

9. Что такое Ethernet-сеть с разделяемой средой?

   Ответ. Эта сеть, которая работает по следующим правилам:

   • Сообщение для передачи разделяется на пакеты.
   • Пакет, переданный по сети, получают все узлы к ней подключённые.
   • Передачу можно начать только тогда, когда в сети нет другой передачи.
   • После передачи пакета узел делает паузу, и ей может воспользоваться другой сетевой участник для начала своей передачи.

   Сеть с общей шиной — всегда сеть с разделяемой средой.

   Сеть с топологией звезда и дерево — является сетью с разделяемой средой (одной), если в её соединительных узлах используются только хабы (а не коммутаторы и маршрутизаторы).
   
   

10. Как работает сеть с технологией Token Ring?

    Ответ. Это сеть имеет кольцевую топологию с одной разделяемой средой. Изначально по кольцу передаётся специальное сообщение-маркер (другое название: токен) — признак свободной среды. Узел может начать передачу лишь тогда, когда получает маркер. Теперь вместо маркера по кольцу следует пакет с данными. Получатель пакета передает дальше его копию с пометкой о получении. Отправитель, получив уведомление, изымает пакет из сети и передаёт токен соседу.
    
    

11. В разделяемой среде Ethernet пакет переданный одной станцией получают все другие станции, подключённые к сети. Верно ли это утверждение для сетей Token Ring?

    Ответ. Да, только часть станций получат пакет вместе с уведомлением о его получении.

    Если станция 1 передаёт пакет для станции 2, то станции 3, 4 и 1 получат этот пакет (уже от станции 2) с пометкой о вручении.

    

    Если станция 1 передаёт пакет для станции 3, то этот пакет получат станции 2 и 3, а станции 4 и 1 получат пакет с пометкой о вручении.
    
    

12. Чем отличается хаб от коммутатора?

    Ответ. Коммутатор, в отличие от хаба передаёт пакет только в тот порт, на котором расположен получатель (хаб транслирует пакеты по всем портам).
    
    

13. Является ли сеть, в которой используются коммутаторы, сетью с разделяемой средой?

    Ответ. Нет. Коммутатор своими портами разбивает сеть на подсети, в каждой из которой своя разделяемая среда (если в них нет других коммутаторов или маршрутизаторов).
    
    

14. Объясните принцип работы сети с коммутацией пакетов.

    Ответ. Сеть, в которой пакет передаётся соседнему узлу по направлению к станции назначения, называется сетью с коммутацией пакетов.

    Коммутация пакетов характера для ячеистой сети. В ней узлы могут связывать несколько маршрутов, и требуется специальное устройство, отвечающие за выбор оптимального пути.

    Таким устройством является маршрутизатор: он может входить в состав универсального компьютера или быть отдельным устройством с микропроцессором и памятью, в которую “зашивается” соответствующее программное обеспечение.

    Принцип работы сети с коммутацией пакетов: пакет передаётся маршрутизатором в тот соседний узел, который является первым звеном оптимального пути от маршрутизатора до станции назначения.

    Если соседний узел является конечным, путешествие пакета завершается, в противном случае маршрутизатор текущего узла определяет следующий шаг, заново вычисляя оптимальный маршрут от себя до станции назначения.

    Коммутация пакетов характера для ячеистой сети. Но можно представить ячеистую сеть, в которой каждый узел связан со всеми другими узлами отдельными каналами связи. В такой сети сообщения можно передавать независимо друг от друга без коммутации пакетов и без разделения среды. Но такие сети почти не используются: они дороги (много каналов связи), а выход из строя одного канала приводит к необходимости коммутации пакетов для продолжения работы.

    Коммутировать пакеты можно не только в ячеистой сети, но в иерархической (которая является частным случаем ячеистой). В иерархической сети коммутировать пакеты может не только маршрутизатор, но и коммутатор.
    
    

15. Может ли хаб (коммутатор, маршрутизатор) работать в сети с ячеистой топологией?

    Ответ. Хабы и коммутаторы работают только в сетях без циклов, то есть в таких, в которых между любыми двумя узлами существует ровно один маршрут. Это сети с топологиями: общая шина, звезда, дерево.

    Маршрутизатор ориентирован на работу в сетях с циклами, то есть на работу в таких сетях, в которых между узлами может существовать несколько маршрутов. Маршрутизатор вычисляет оптимальный путь для пакета и проталкивает его в соседний узел по пути следования.

    Маршрутизатор может работать в кольцевой сети, в ячеистой сети и, конечно, в иерархических сетях (которые являются частным случаем ячеистых).
    
    

16. Какой топологией обладает сеть Интернет?

    Ответ. Интернет — это “стихийная” сеть, связи в которой не строились по заранее продуманному плану. Конечно, это сеть с ячеистой топологией.

    Более подробно. Интернет объединяет отдельные компьютеры, но в большей степени он состоит из других сетей, которые входят в него как подсети.

    Подсети Интернета могут иметь самую разнообразную топологию, в частности немало среди них сетей Ethernet, построенных на разделяемых средах и имеющих в силу этого иерархическую структуру (без циклов).

    Подсети, подсоединяясь к Интернету, обязаны на внешнем уровне работать по правилам Интернета, в частности, маршрутизировать свои и транзитные пакеты, учитывая ячеистую топологию связей глобальной сети. Внутри же, в своем “королевстве”, подсети могут работать как угодно и обладать любой топологией.

    Поэтому при ответе на вопрос “какой топологией обладает сеть Интернет?” можно сказать так: на магистральном уровне (уровне соединения подсетей Интернета) — это ячеистая сеть с коммутацией пакетов. В подсетях же Интернета топология может быть самой разной, от общей шины до ячеистой топологии (локальные сети интранет).

Ответы на вопросы Академии (локальные сети Ethernet)

Объясните смысл следующих терминов:

1. Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet

   Ответ. Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet — технологии локальных сетей с разделяемой средой. Различаются скоростями передачи данных (10 Мбит/c, 100 Мбит/c, 1000 Мбит/c), максимальным диаметром (2 500 м, 200 м, 200 м), другими параметрами, но принцип работы один и тот же:

   • узлы сети связаны единой передающей средой;
   • узел может начать свою передачу, если по сети не передаются данные другими узлами;
   • после передачи пакета (длина от 64 до 1518 байтов) узел выдерживает паузу перед передачей следующего (чтобы дать возможность работать другим узлам);
   • передача пакета прекращается, если обнаружена коллизия;
   • передача пакета повторяется через случайное время из фиксированного диапазона (от 0 до 52,4 мс).

   В стандарте Gigabit Ethernet увеличена длина минимального пакета с 64 байтов до 512 байт и, кроме того, разрешено передавать несколько пакетов подряд без пауз (общий размер — не более 8192 байт).
   
   

2. 10G Ethernet

   Ответ. Технология построения сети 10G Ethernet (10 000 Мбит/c) принципиально отличается от других Ethernet-технологий. Рабочие станции в такой сети не разделяют общую среду. Сети 10G  Ethernet — это сети с коммутацией пакетов.
   
   

3. Разделяемая среда

   Ответ. Разделяемая среда — это такой способ организации работы сети, при котором сообщение от одной рабочей станции достигает всех других при помощи одного общего канала связи. В качестве каналов связи традиционно используются кабели: коаксиальный, витая пара, оптоволоконный. Но может быть использована инфракрасная или радио связь (в том числе через спутник).

   Примером общения посредством разделяемой среды может служить обычный разговор в компании вежливых людей (метафора С. А. Абрамова). Человек начинает говорить лишь тогда, когда все другие молчат. Реплику каждого человека слышат все, никто не перебивает говорящего и не вникает в смысл чужого сообщения. Никто не говорит слишком долго (не монополизирует право на разговор). Если по недоразумению говорить начинают несколько собеседников (коллизия), все умолкают, повторяя попытку через некоторое (случайное) время.
   
   

4. Терминатор

   Ответ. Терминатор — это электронные заглушки на концах сегмента кабеля в разделяемых средах. Назначение терминатора — поглощение сигнала, распространяемого по кабелю.
   
   

5. Кадр

   Ответ. Кадрами в терминологии Ethernet называю пакеты, на которые разделяют передаваемое сообщение. Дробить сообщение на порции необходимо, чтобы предотвратить монополизацию разделяемой среды одной рабочей станцией.

   Кадр, кроме фрагмента информации, содержит MAC-адреса отправителя и получателя, контрольную сумму (для проверки сохранности пакета в пункте получения) и другую служебную информацию.

   В стандартах Ethernet и Fast Ethernet длина кадра может принимать значение от 64 до 1518 байтов. В стандарте Gigabit Ethernet минимальный размер кадра увеличен до 512 байт и, кроме того, разрешается передавать несколько кадров подряд без пауз (общий размер — не более 8192 байт).
   
   

6. MAC-адрес

   Ответ. MAC-адрес (Media Access Control — управление доступом к носителю) — 48-битное число, которое однозначно идентифицирует сетевое электронное устройство.

   Уникальный MAC-адрес “зашивается” в сетевой адаптер при его изготовлении. Он не может совпадать ни с каким другим MAC-адресом в мире и не может меняться во время эксплуатации устройства.

   Распределением MAC-адресов между производителями оборудования занимается международная некоммерческая организация IEEE (Institute of Elecrical and Electronics Engineers — Институт инженеров электротехники и электроники).
   
   

7. Коллизия

   Ответ. Коллизия — наложение сигналов от двух (или более) передающих станций в разделяемой среде передачи.
   
   

8. Ранняя коллизия

   Ответ. Ранней называется такая коллизия, которую передающая станция способна распознать до окончания передачи пакета.
   
   

9. Поздняя коллизия

   Ответ. Коллизия называется поздней, если она возникает после завершения передачи пакета, вызвавшего коллизию.
   
   

10. Диаметр сети

    Ответ. Диаметр сети — максимальное расстояние между двумя узлами в сети, вычисляемое по совокупной длине соединяющих станции каналов связи.

    Расстояние между компьютерами не всегда совпадает с длиной каналов связи. Два компьютера могут находиться по разные стороны одной стены. Физическое расстояние между ними менее одного метра, а длина соединительного кабеля может измеряться десятками метров, если по каким-то причинам (например, музейного свойства) стену нельзя сверлить.
    
    

11. Повторитель

    Ответ. Повторитель (repeater) — это простое электронное устройство (без всякого программного обеспечения), которое усиливает сигнал при передаче его из одного сегмента кабеля в другой.

    На рисунке показана сеть, в которой кабель состоит из трёх сегментов, соединённых двумя повторителями:

    
    
    

12. Толстый коаксиал

    Ответ. Коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма.

    Коаксиальный кабель устроен так же, как телевизионный кабель: в центре — медная жила (или несколько жил), затем изоляция, затем металлическая оплётка, наконец — внешний слой изоляции.

    
    
    

13. Тонкий коаксиал

    Ответ. Коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма.
    
    

14. Витая пара

    Ответ. Витая пара — два изолированных (медных) проводника, скрученные один относительно другого с постоянным шагом.

    Обычно, под витой парой понимают кабель, в общей изоляционной оболочке которого расположено несколько витых пар (2 или 4).

    
    
    

15. Оптоволокно

    Ответ. Основа оптоволоконного кабеля — нить из стекла или пластмассы, по которой передаётся световой луч. Оптоволоконная жила окружена непрозрачной зеркальной оболочкой. Благодаря этому свет, распространяющийся внутри волокна, испытывает полное внутреннее отражение от оболочки и не покидает волокна даже тогда, когда оно делает изгибы.

    
    
    

16. 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-F

    Ответ. Это варианты стандарта Ethernet, основанные на свойствах физической среды передачи данных.

    • 10Base-5 — коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма, называемый “толстым”.
    • 10Base-2 — коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма, называемый “тонким”.
    • 10Base-T — неэкранированная витая пара (две пары в кабеле).
    • 10Base-F — волоконно-оптический кабель.

    Число 10 в указанных обозначениях обозначает битовую скорость передачи в этих стандартах — 10 Мбит/с.

    Ниже приводится сравнительная таблица этих стандартов.

    	10Base-5	10Base-2	10Base-T	10Base-F
    Среда передачи	Толстый коаксиал	Тонкий коаксиал	Витая пара	Оптоволокно
    Максимальная длина сегмента	500 м	185 м	100 м	2000 м
    Максимальная диаметр сети	2500 м	925 м	500 м	2500 м
    Максимальное число станций	1024	1024	1024	1024

    
    
    

17. 100Base-TX, 100Base-T4 100Base-FX

    Ответ. Это варианты стандарта Fast Ethernet, основанные на свойствах физической среды передачи данных (коаксиальный кабель исключён из списка разрешённых сред передачи):

    • 100Base-TX — неэкранированная или экранированная витая пара (две пары в кабеле).
    • 100Base-T4 — неэкранированная витая пара (четыре пары в кабеле).
    • 100Base-FX — волоконно-оптический кабель (с двумя волокнами).

    Число 100 в указанных обозначениях обозначает битовую скорость передачи в этих стандартах — 100 Мбит/с.
    
    

18. Трансивер

    Ответ. Трансивер — это электронное устройство, которое методом прокалывания соединяют с толстым коаксиалом, а при помощи витой пары (длиной до 50 м) — с сетевым адаптером. Коаксиальный кабель диаметра 0,5 дюйма такой “толстый”, что его сложно подсоединять непосредственно к сетевому адаптеру компьютера.

    

    Трансивер — это не просто механический соединитель (как Т-образный разъем для тонкого коаксиала). Фактически, трансивер — это часть сетевого адаптера, вынесенного прямо на кабель.

    
    
    

19. Т-образный разъём

    Ответ. Этот разъём используется для подсоединения тонкого коаксиала к сетевой карте компьютера:

    

    
    
    

20. Хаб (многопортовый повторитель, концентратор)

    Ответ. Хаб (hub, буквально — ступица колеса) — сетевое устройство, объединяющее несколько узлов сети Ethernet в общий фрагмент одной разделяемой среды.

    Сетевой кабель подсоединяется к хабу при помощи портов (соединительных разъёмов):

    

    Устройства подключаются к хабу при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна. Порты хаба должны быть оборудованы соответствующими разъёмами.

    На рисунке показана сеть с хабом, у которого четыре порта. К каждому порту подсоединён сетевой адаптер рабочей станции.

    

    Хаб не содержит никакого программного обеспечения (в том числе он не занимается маршрутизацией пакетов), он просто соединяет порты и усиливает сигнал, передавая его с одного порта на все остальные.
    
    

21. Правило 5–4–3

    Ответ. Правило 5–4–3 — это правило построения сетей Ethernet на коаксиальном кабеле: пять сегментов, четыре повторителя, три нагруженных сегмента.

    То есть разрешается использовать в сети не более 4 повторителей и, соответственно, не более 5 сегментов кабеля. Причём, только 3 сегмента из 5 могут быть нагруженными (с подключёнными рабочими станциями). Между нагруженными сегментами должны быть ненагруженные. Максимальная конфигурация сети показана на рисунке:

    
    
    

22. Правило 4 хабов

    Ответ. Правило 4 хабов — это правило построения сети (или подсети) с одним доменом коллизий: максимальное количество хабов между любыми двумя станциями не должно быть больше четырёх. Сеть на следующем рисунке удовлетворяет этому требованию:

    

    Если при построении сети используются и повторители и хабы, то при проверке правила 4 хабов повторитель приравнивается к хабу (фактически повторитель и есть хаб с двумя портами). Сеть на следующем рисунке удовлетворяет правилу 4 хабов:

    

    Когда сеть при помощи коммутаторов или маршрутизаторов разбита на несколько доменов коллизий, правило 4 хабов работает независимо в каждом домене, но не относится ко всей сети в целом.

    
    
    

23. Коммутатор (мост, переключатель)

    Ответ. Коммутатор — сетевое устройство, которое подобно хабу соединяет несколько узлов сети Ethernet, но в отличие от хаба разбивает сеть своими портами на несколько отдельных доменов коллизий.

    

    Происходит так потому, что коммутатор, в отличие от хаба, не транслирует полученный пакет на другие порты, если получатель находится на том же самом порту, с которого получен пакет.

    Коммутатор кроме электроники содержит программное обеспечение, которое управляет его работой, в частности, автоматически строит таблицу маршрутизации.
    
    

24. Домен коллизий

    Ответ. Домен коллизий — фрагмент сети с общей разделяемой средой.

    Сеть, построенная на общей шине, содержит единый домен коллизий:

    

    Повторители, соединяющие фрагменты коаксиального кабеля, не разделяют сеть на домены коллизий — разделяемая среда по-прежнему одна:

    

    Сеть, построенная только на повторителях и хабах, представляет собой единый домен коллизий:

    

    Коммутаторы и маршрутизаторы делят сеть на независимые домены коллизий:

    
    
    

25. Таблица маршрутизации

    Ответ. Таблица маршрутизации — таблица коммутатора (или маршрутизатора), в которой строки определяют порты, на которых находятся источники сетевых пакетов.

    Пусть сеть имеет вид, изображённый на рисунке:

    

    Если считать, что работают только станции A, B, C, D и F, то таблица маршрутизации для единственного коммутатора в этой сети будет иметь вид:

    Адрес узла	Порт, по которому находится узел
    A	1
    B	1
    C	2
    D	2
    E	3
    F	3

    
    
    

26. Маршрутизатор (роутер)

    Ответ. Маршрутизатор — сетевое устройство, которое подобно коммутатору соединяет (коммутирует) узлы сети в том случае, когда это необходимо для передачи пакета.

    Маршрутизаторы — более сложные устройства по сравнению с коммутаторами. Они более надёжно изолирует трафики отдельных частей сети и, главное, способны работать в сети с ячеистой топологией, обеспечивая выбор наиболее рационального маршрута. В то время как повторители, хабы и коммутаторы способны работать только в сети с единственным маршрутом между любыми двумя узлами (например, в сети с иерархической структурой).
    
    

27. Сеть с разделяемой средой

    Ответ. Сеть с разделяемой средой — это сеть, в которой каждый узел получает всё, что передаётся по сети; передачу выполняет только один узел, остальные ждут паузы для начала собственной передачи. Если в сети возникает коллизия, узлы начинают повторную передачу испорченного пакета через случайный промежуток времени из фиксированного интервала.
    
    

28. Сеть с коммутацией пакетов

    Ответ. Сеть с коммутацией пакетов — это сеть, в которой пакеты не “разбрасываются” по всей сети, а целенаправленно “проталкиваются” от узла к узлу по направлению к пункту назначения. За продвижение пакетов в такой сети отвечают маршрутизаторы. Они определяют соседний узел, в который нужно передвинуть пакет для приближения его к пункту назначения.
    
    

Ответьте на следующие вопросы:

1. Как работает сеть с разделяемой средой?

   Ответ. В сетях с разделяемой средой работа выполняется по следующему алгоритму:

   1. Если в сети “тишина”, можно начать передачу пакета.
   2. Если обнаружена коллизия, нужно прекратить передачу.
   3. Через случайную паузу нужно повторить передачу испорченного пакета.
   
   
   

2. Почему в сети с разделяемой средой сообщение для передачи разделяется на пакеты (кадры)?

   Ответ. Разделение сообщения на пакеты предотвращает монополизацию общей среды одним узлом. После передачи пакета узел должен сделать паузу, которой может воспользоваться другой узел и начать свою передачу.
   
   

3. Как рабочая станция узнаёт, что передаваемый по сети пакет предназначен для неё?

   Ответ. Каждый пакет, кроме фрагмента передаваемого сообщения содержит MAC-адрес получателя. Рабочие станции сравнивают адрес из пакета со своим собственным адресом и в случае совпадения принимают пакет полностью.
   
   

4. Кто и когда назначает MAC-адреса устройствам, входящим в Ethernet-сеть?

   Ответ. Уникальный MAC-адрес “зашивается” в сетевой адаптер при его изготовлении. Он не может совпадать ни с каким другим MAC-адресом в мире и не может меняться во время эксплуатации устройства.

   Распределением MAC-адресов между производителями оборудования занимается международная некоммерческая организация IEEE (Institute of Elecrical and Electronics Engineers — Институт инженеров электротехники и электроники).
   
   

5. Протокол Ethernet запрещает начинать передачу, если в сети присутствует сигнал. Почему же в разделяемых средах возникают коллизии?

   Ответ. Сигнал распространяется по среде с конечной скоростью и может не успеть дойти до станции, которая начинает передачу решив, что сеть свободна. Возникает коллизия.
   
   

6. Является ли коллизия исключительной ситуацией в сети с разделяемой средой?

   Ответ. В сети с разделяемой средой коллизия является обычной рабочей ситуацией.
   
   

7. За счёт какого приёма протокол Ethernet обеспечивает работоспособность сети, несмотря на коллизии?

   Ответ. При обнаружении коллизии станции должны прекратить передачу. Приём, который обеспечивает работоспособность сети — случайная пауза для возобновления передачи пакета, испорченного коллизией.
   
   

8. Почему ранняя коллизия не приводит к потерям пакетов?

   Ответ. Коллизия, которую передающая станция обнаруживает до окончания передачи пакета, называется ранней. Станция своевременно фиксирует неудачную передачу и возобновляет её через случайную паузу. Испорченный пакет посылается заново.
   
   

9. Почему поздняя коллизия приводит к потерям пакетов?

   Ответ. Коллизия, которая возникает после окончания передачи пакета, называется поздней. Пакет уже передан в сеть, ответственность за него снята с передающей станции, но коллизия искажает пакет и станция назначения получает его испорченным (или не получает вовсе, если в пакете искажён MAC-адрес получателя).
   
   

10. Что является главной причиной ограничения диаметра сети в сети с разделяемой средой?

    Ответ. Главная причина, по которой ограничивают диаметр сети с разделяемой средой — предотвращение поздних коллизий. Чем длиннее сеть, тем больше времени нужно сигналу для её прохождения, тем больше вероятность поздних коллизий (коллизий, возникших после того, как пакет полностью передан в сеть передающей станцией).
    
    

11. Как можно вычислить максимальный диаметр сети с разделяемой средой?

    Ответ. Для предотвращения поздних коллизий диаметр сети ограничивают величиной, при которой время передачи пакета наименьшей длины было бы больше удвоенного времени прохождения сигнала по всей длине кабеля.

    Диаметры сетей для разных стандартов Ethernet указываются с большим запасом (более чем в три раза).

    Оценим максимальный диаметр сети Ethernet. Исходные данные:

    Скорость передачи данных: V_d = 10 Мбит/c = 10⁷бит/c
    Скорость сигнала: V_s = 300 000 км/с = 3*10⁸м/с
    Длина минимального пакета: L_m = 64 байт =  512бит

    Определим время передачи пакета:

    T = L_m / V_d = 512/10⁷ (сек)

    Определим расстояние, которое пройдёт сигнал по кабелю за это время:

    S = V_s * T = 3*10⁸*512/10⁷ = 3*10*512 =15 360  (м)

    Удвоенная длина кабеля должна быть меньше этого значения, то есть кабель должен быть короче 15 360 / 2 = 7 680 м.

    По стандарту Ethernet максимальный диаметр сети не должен превышать 2 500 м. Видим, что стандарт указывает значение более чем с трёхкратным запасом.
    
    

12. Почему в расчётах максимального диаметра учитывается удвоенное время прохождения сигнала по все длине сетевого кабеля?

    Ответ. Учитывается крайний случай, когда станции вызвавшие коллизию расположены на противоположных концах кабеля, и коллизия возникает в момент, когда сигнал от первой станции прошёл почти всю длину кабеля (за время t).

    Передающая станция обнаружит коллизию, когда искажённый сигнал вернётся к ней (через то же время t).

    Таким образом, для предотвращения поздних коллизий, длина кабеля должна быть такой, чтобы удвоенное время прохождения сигнала по всей его длине (2t) было меньше времени передачи пакета минимальной длины.
    
    

13. Можно ли увеличить диаметр сети, увеличив минимальную длину пакета?

    Ответ. Да, конечно. Удлинение пакета (L_m) увеличивает время его передачи (T), а значит увеличивает расстояние, которое пройдёт сигнал по кабелю за это время:

    T = L_m / V_d
    S = V_s * T

    Именно так и поступают в стандарте Gigabit Ethernet. В этом стандарте длина минимального пакета увеличена с 64 байтов до 512 байт, что позволяет увеличить максимальный диаметр сети в 8 раз (512/64).
    
    

14. Почему для сети с разделяемой средой стандарты предусматривают ограничение на число подключаемых к ней узлов?

    Ответ. При большом количестве узлов дождаться паузы в сети для начала передачи может оказаться не просто. Стандарты называют такое количество узлов, при котором сеть остаётся работоспособной даже при максимальной нагрузке (когда все узлы работают одновременно).
    
    

15. При помощи каких устройств можно построить Ethernet сеть с древовидной топологией?

    Ответ. Хабы, коммутаторы, маршрутизаторы.
    
    

16. Какие премущества имеет древовидная сеть по сравнению с сетью, построенной на общей шине?

    Ответ. Древовидная сеть более надёжна. Вывод из строя любого узла отражается только на его потомках и не мешает работе остальной части сети:

    

    В сети с общей шиной разрыв кабеля в любом месте приводит к краху сети в целом:

    

    В древовидной сети на хабах (коммутаторах или маршрутизаторах) число физических соединений меньше, чем в сети с общей шиной, значит, и в силу этого надёжность древовидной сети выше (для подключения к общему кабелю нужно три контактных точки, для подсоединения к хабу — две).

    
    
    

17. Говорят, что Ethernet сеть, в которой физические соединения рабочих станций при помощи хабов образуют древовидную структуру, логически эквивалентна сети с общей шиной. Что это означает?

    Ответ. Несмотря на то, что физические соединения в сети с хабами образуют дерево, принципиально сеть не отличается от сети с общей шиной: хабы объединяют рабочие станции общей разделяемой средой. Поэтому говорят: топология физических связей в такой сети — дерево, логическое соединение — общая шина (одна разделяемая среда).
    
    

18. Эквивалентна ли древовидная Ethernet сеть, в которой физические соединения рабочих станций выполнены при помощи коммутаторов, сети с общей шиной?

    Ответ. Нет. Коммутаторы своими портами разбивают сеть на соответствующее число доменов коллизий: передача внутри одного домена, не попадает в другие, а передачу в общей шине слышат все станции.
    
    

19. Эквивалентна ли древовидная сеть, в которой физические соединения рабочих станций выполнены при помощи маршрутизаторов, сети с общей шиной?

    Ответ. Нет. По той же причине, что и в сети с коммутаторами. Маршрутизатор, как и коммутатор, внутренние сообщения не транслирует на всю сеть.
    
    

20. Решает ли хаб (коммутатор, маршрутизатор) проблему коллизии?

    Ответ. Хаб — нет. Хаб транслирует сигнал, полученный с одного порта на все другие, то есть работа сети с хабами эквивалента работе сети с общей шиной.

    Коммутатор и маршрутизатор — частично решают, разбивая сеть на несколько доменов коллизий. Все ограничения, связанные с поздними коллизиями, применяются теперь не ко всей сети в целом (как в сети с хабами), а отдельно к каждому домену (подключённом к порту устройства).
    
    

21. Может ли сеть с хабами (коммутаторами, маршрутизаторами) иметь ячеистую структуру?

    Ответ. Сеть с хабами и коммутаторами — нет. Сеть с маршрутизаторами — да.
    
    

22. Может ли сеть с хабами (коммутаторами, маршрутизаторами) иметь несколько доменов коллизий?

    Ответ. Сеть с хабами — нет. Сеть с коммутаторами и маршрутизаторами — да.
    
    

23. Ethernet сеть имеет ограничение на диаметр по причине недопущения поздних коллизий. Как, несмотря на это, построить длинную Ethernet сеть?

    Ответ. Разбить сеть на несколько доменов коллизий (при помощи коммутаторов или маршрутизаторов).
    
    

24. Расскажите алгоритм работы коммутатора.

    Ответ. При включении питания коммутатор работает как обычный хаб: транслирует пакеты с одного порта на все другие. Но попутно коммутатор заносит в свою таблицу данные о соответствии адресов станций портам, с которых он получает пакеты. Таким образом, коммутатор заполняет таблицу маршрутизации и всё больше изолирует порты друг от друга.

    Рассмотрим подробнее алгоритм работы коммутатора на примере сети, изображённой на рисунке:

    

    В начальный момент (при включении питания) таблица маршрутизации коммутатора пуста.

    Пусть, узел A передаёт пакет для узла B. Пакет содержит не только адрес получателя, но и адрес отправителя. Когда пакет приходит на порт 1, коммутатор делает в таблице первую запись:

    Адрес узла	Порт, по которому находится узел
    A	1

    Теперь коммутатор ищет в таблице строчку для узла B, чтобы решить, что делать с пакетом: игнорировать, если B расположен на том же порту, что и A, или транслировать пакет в порт, к которому подключён B.

    Строки с узлом B в таблице ещё нет. Коммутатор вынужден работать как хаб: он транслирует пакет к неизвестному адресату на все порты, кроме того, с которого пакет получен, то есть на порты 2 и 3.

    Пусть теперь узел F передаёт пакет для узла A.

    В таблице появляется новая строка:

    Адрес узла	Порт, по которому находится узел
    A	1
    F	3

    Коммутатор находит в таблице порт получателя и передаёт пакет в порт 1.

    Таким образом заполняется таблица маршрутизации, и коммутатор, начав как обычный хаб, быстро обучается, повышая свою “квалификацию”.
    
    

25. В чём преимущество сетей с коммутацией пакетов перед сетями с разделяемыми средами?

    Ответ. В среде с коммутацией пакетов:

    • Можно использовать ячеистую структуру сети (многовариантность маршрутов). Это повышает надёжность передачи: когда один маршрут выходит из строя, пакеты передвигаются по другому.
    • Сообщения передаются быстрее: пакеты не транслируются по всем направлениям, а передвигаются по самому быстрому маршруту. Кроме того, не нужно перепосылать заново пакеты, испорченные коллизией (в сети нет коллизий).
    • Так как пакеты не транслируются по всем направлениям, а передаются только получателю, повышается защита данных от несанкционированного использования.
    
    
    

26. В какой глобальной сети передача сообщений основана на принципе коммутации пакетов?

    Ответ. В сети Интернет.
    
    

Решения зачётных классов

Зачет Зачёт Читального зала
Зачет Зачёт Академии (общая информация по сетям)
Зачет Зачёт Академии (локальные сети Ethernet)