Шпаргалка по дисциплине "Информационные системы"

1. Прием кадра данных LLC через межуровневый интерфейс вместе с адресной информацией МАС-уровня. Обычно взаимодействие между протоколами внутри компьютера происходит через буферы, расположенные в оперативной памяти. Данные для передачи в сеть помещаются в эти буферы протоколами верхних уровней, которые извлекают их из дисковой памяти либо из файлового кэша с помощью подсистемы ввода/вывода операционной системы.
2. Оформление кадра данных МАС-уровня, в который инкапсулируется кадр LLC (с отброшенными флагами 01111110). Заполнение адресов назначения и источника, вычисление контрольной суммы.
3. Формирование символов кодов при использовании избыточных кодов типа 4В/5В. Скрэмблирование кодов для получения более равномерного спектра сигналов. Этот этап используется не во всех протоколах — например, технология Ethernet 10 Мбит/с обходится без него.
4. Выдача сигналов в кабель в соответствии с принятым линейным кодом — манчестерским, NRZ1. MLT-3 и т. п.

Прием кадра из кабеля в компьютер включает следующие действия:

1. Прием из кабеля сигналов, кодирующих битовый поток.
2. Выделение сигналов на фоне шума. Эту операцию могут выполнять различные специализированные микросхемы или сигнальные процессоры DSP. В результате в приемнике адаптера образуется некоторая битовая последовательность, с большой степенью вероятности совпадающая с той, которая была послана передатчиком.
3. Если данные перед отправкой в кабель подвергались скрэмблированию, то они пропускаются через дескрэмблер, после чего в адаптере восстанавливаются символы кода, посланные передатчиком.
4. Проверка контрольной суммы кадра. Если она неверна, то кадр отбрасывается, а через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC передается соответствующий код ошибки. Если контрольная сумма верна, то из МАС-кадра извлекается кадр LLC и передается через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC. Кадр LLC помещается в буфер оперативной памяти.

Распределение обязанностей между сетевым адаптером  и его драйвером стандартами  не определяется, поэтому каждый производитель  решает этот вопрос самостоятельно. Обычно сетевые адаптеры делятся на адаптеры для клиентских компьютеров и  адаптеры для серверов.

В модели OSI функции физического уровня реализуются на всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.

7. Сетевой концентратор. Характеристики сетевых концентраторов. Механизм работы сетевого концентратора. Модель OSI и концентратор.

Сетевой концентратор — сетевое устройство, предназначенное  для объединения нескольких устройств  Ethernet в общий сегмент сети. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна.

Концентратор  работает на физическом уровне сетевой  модели OSI, повторяет приходящий на один порт сигнал на все активные порты. В случае поступления сигнала  на два и более порта одновременно возникает коллизия, и передаваемые кадры данных теряются. Таким образом, все подключенные к концентратору  устройства находятся в одном  домене коллизий. Концентраторы всегда работают в режиме полудуплекса, все  подключенные устройства Ethernet разделяют между собой предоставляемую полосу доступа.

Виды концентраторов по механизму работы:

• Пассивный концентратор.  Он работает на физическом уровне, не обладает «интеллектом» и не модифицирует сигнал, а пропускает сигнал на все порты.
• Ретранслирующий концентратор. Усиливает сигнал, прежде чем передать его на порты. В отличие от пассивного концентратора, ретранслирующий концентратор требует наличия источника питания для повышения уровня сигнала.
• Интеллектуальный концентратор.  Отслеживает работу каждого порта, применяет протокол  SNMP  для передачи информации консоли централизованного управления сетью.

Сети Token Ring также применяют концентраторы, хотя здесь они называются модулями множественного доступа (MAU). Вместо параллельной передачи входящего трафика на все порты, как это происходит в концентраторе Ethernet, MAU раз за разом передает пакеты последовательно через каждый порт.

Характеристики концентратора:

• Количество портов — разъёмов для подключения сетевых линий, обычно выпускаются концентраторы с 4, 5, 6, 8, 16, 24 и 48 портами (наиболее популярны с 4, 8 и 16).
• Скорость передачи данных — измеряется в Мбит/с, выпускаются концентраторы со скоростью 10, 100 и 1000. В основном распространены концентраторы с возможностью изменения скорости, обозначаются как 10/100/1000 Мбит/с.
• Тип сетевого носителя — обычно это витая пара или оптоволокно.

Концентраторы -  устройства первого (физического) уровня модели OSI. Они принимают сигнал, распознают его, и пересылают сигнал далее во все активные порты, т.е. работают с сигналами (битами).

8. Коммутация. Коммутация пакетов.  Коммутация каналов. Коммутатор. Типы коммутаторов. Модель OSI и коммутатор.

Сетевой коммутатор или свитч (жарг. от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Коммутатор работает на канальном  уровне модели OSI, и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам.

Принцип работы коммутатора

Коммутатор хранит в памяти таблицу, в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице.

Режимы коммутации

Существует  три способа коммутации. Каждый из них — это комбинация таких  параметров, как время ожидания и  надёжность передачи.

1. С промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор читает всю информацию во фрейме, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него фрейм.
2. Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает во фрейме только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода обнаружения ошибок.
3. Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный. Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (фреймы размером 64 байта обрабатываются по технологии store-and-forward, остальные по технологии cut-through).

Возможности и разновидности  коммутаторов

Коммутаторы подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее простые). Более сложные коммутаторы позволяют управлять коммутацией на канальном (втором) и сетевом (третьем) уровне модели OSI. Обычно их именуют соответственно, например Layer 2 Switch или просто, сокращенно L2. Управление коммутатором может осуществляться посредством протокола Web-интерфейса, SNMP, RMON (протокол, разработанный Cisco) и т. п. Многие управляемые коммутаторы позволяют выполнять дополнительные функции: VLAN, QoS, агрегирование, зеркалирование. Сложные коммутаторы можно объединять в одно логическое устройство — стек, с целью увеличения числа портов.

9. Маршрутизация. Маршрутизация пакетов. Принцип маршрутизации. Маршрутизатор. Передача пакета из одной ЛВС в другую на канальном и сетевом уровнях. Модель OSI и маршрутизатор.

Маршрутизацией  называется процесс выбора в интерсети  самого эффективного маршрута для передачи дейтаграмм от системы-отправителя  к системе-получателю. В сложных  интерсетях, на пример, в Интернете или больших корпоративных сетях, часто от одного компьютера к другому можно добраться несколькими путями. С помощью маршрутизаторов соединяют отдельные ЛВС, входящие в интерсеть.

Назначение  маршрутизатора — принимать входящий трафик от одной сети и передавать его конкретной системе в другой. В интерсетях различают системы  двух видов: оконечные (end systems) и промежуточные (intermediate systems). Оконечные системы являются отправителями и получателями пакетов. Маршрутизатор — промежуточная система. В оконечных системах используются все семь уровней модели OSI, тогда как пакеты, поступающие в промежуточные системы, не поднимаются выше сетевого уровня.

Главным параметром при маршрутизации пакета в Интернет является IP-адрес его места назначения.

Принцип маршрутизации:

Маршрутизация подразумевает два параллельных процесса: подготовку маршрутной таблицы  и переадресацию дейтаграмм с помощью этой таблицы.

Чтобы верно  направить пакет к цели, маршрутизаторы хранят в памяти таблицы с информацией  о сетях (таблицы маршрутизации). Эта информация может быть внесена  администратором вручную (статическая  маршрутизация) или собрана автоматически (динамическая маршрутизация) с других маршрутизаторов с помощью специализированных протоколов (протоколы динамической маршрутизации). В состав типичного  элемента таблицы маршрутизации  входят адрес другой сети и адрес  маршрутизатора, через который пакеты должны добираться до этой сети. Кроме  того, в элементе таблицы маршрутизации  содержится метрика маршрута - условная оценка его эффективности. Если к некой системе имеется несколько маршрутов, маршрутизатор выбирает из них самый эффективный и отправляет дейтаграмму на канальный уровень для передачи маршрутизатору, указанному в элементе таблицы с наилучшей метрикой. В больших сетях маршрутизация может быть необычайно сложным процессом, но чаще всего она осуществляется автоматически и незаметно для пользователя.

Маршрутиза́тор — специализированный сетевой компьютер, имеющий как минимум один сетевой интерфейс и пересылающий пакеты данных между различными сегментами сети, связывающий разнородные сети различных архитектур, принимающий решения о пересылке на основании информации о топологии сети и определённых правил, заданных администратором. Маршрутизатор работает на более высоком «сетевом» уровне 3 сетевой модели OSI. Обычно маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в пакетных данных, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.

Существуют  и другие способы определения  маршрута пересылки пакетов, когда, например, используется адрес отправителя, используемые протоколы верхних  уровней и другая информация, содержащаяся в заголовках пакетов сетевого уровня. Нередко маршрутизаторы могут осуществлять трансляцию адресов отправителя  и получателя, фильтрацию транзитного  потока данных на основе определённых правил с целью ограничения доступа, шифрование/расшифрование передаваемых данных и т. д.

Одна из главнейших задач, стоящих перед любым маршрутизатором, состоит в распознавании пакетов  информации, которые должны оставаться в локальной сети. Для ее реализации используется механизм, который называют маской подсети. Маска подсети похожа на IP-адрес и обычно записывается в следующем виде: «255.255.255.0». Она  дает сигнал маршрутизатору, что все  сообщения с адресами отправителя  и получателя, у которых одинаковы  первые три группы цифр, относятся  к одной сети и не должны пересылаться в другую сеть.

Передача пакета из одной ЛВС в другую на канальном и сетевом уровнях:

Протокол  канального уровня добавляет к данным полученным от сетевого уровня заголовок  и трейлер, превращая их в кадр. В заголовке содержатся адреса системы-отправителя  и системы получателя пакета. Это  так называемые аппаратные адреса или MAC-адреса, присвоенные сетевым адаптерам на заводе - изготовителе.

Протоколы сетевого уровня обеспечивают «сквозную» передачу пакета от передающего до принимающего компьютера. При этом передатчик и приемник могут находиться в одной ЛВС или в разных ЛВС, соединенных между собой специальными устройствами – маршрутизаторами (шлюзами). Протокол сетевого уровня – IP, который входит в стек протоколов TCP/IP. Он добавляет в заголовок IP-адреса получателя и отправителя.

Функционирование  роутера в рамках модели OSI: на порт маршрутизатора поступает сигнал, и роутер распознаёт его. Распознанный сигнал (биты) формирует фреймы (кадры). Сверяется контрольная сумма в трейлере и MAC-адрес получателя. Если все проверки прошли успешно, фреймы формируют пакет. На третьем уровне маршрутизатор исследует заголовок пакета. В нем присутствует IP адрес пункта назначения (получателя). На основе IP-адреса и собственной таблицы маршрутизации роутер выбирает наилучший путь следования пакета к получателю. Выбрав путь, роутер инкапсулирует пакет во фреймы, а затем в биты и отправляет их в виде сигналов на соответствующий порт (выбранный в таблице маршрутизации).

10. Маршрутизатор. Типы маршрутизаторов. Таблицы маршрутизации. Метрика.

Маршрутиза́тор или роутер — сетевое устройство, на основании информации о топологии сети и определённых правил принимающее решения о пересылке пакетов сетевого уровня (уровень 3 модели OSI) между различными сегментами сети.

Принцип работы маршрутизатора.

Маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в пакетах данных, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.

Существуют и другие способы  определения маршрута пересылки  пакетов, когда, например, используется адрес отправителя, используемые протоколы  верхних уровней и другая информация, содержащаяся в заголовках пакетов  сетевого уровня. Маршрутизаторы могут  осуществлять фильтрацию транзитного потока данных на основе определённых правил с целью ограничения доступа, шифрование/дешифрование передаваемых данных и т. д.