Ограничения на максимальное число повторителей и максимальную длину сегмента, соединяющего повторители.

Примечание

Общий объем – до 30 печатных листов.

Допускается оформление в рукописном виде.

Контрольная разбита на пять частей:

1. Теория 1 (блок вопросов 1)

2. Теория 2 (блок вопросов 2)

3. Расчет сети Ethernet.

4. Расчет сети FastEthernet.

5. Расчет подсетей.

Выбор варианта по каждой части КР осуществляется по последней цифре в порядковом номере по зачетной книжке (ноль соответствует десятому варианту).

Перечень вариантов контрольной работы

Теоретические вопросы

Блок 1

1. Классификация компьютерных сетей.

2. Основные технические характеристики локальной компьютерной сети, выполненной по топологии звезда 10 BASE - T.

3. Виды адресации в компьютерных сетях.

4. Основные технические характеристики локальной компьютерной сети, выполненной по 10 BASE2.

5. Основные технические характеристики локальной компьютерной сети, выполненной по 10 BASE5.

6. Основные технические характеристики локальной компьютерной сети, выполненной по топологии звезда 100 BASE - TX.

7. Правила маркировки и представления сетей Ethernet.

8. Что такое физический сегмент. Какая длина физического сегмента в локальной сети 10 BASE - T.

9. Прямое кабельное соединение (DCC) в OC Windows.

10. LPT - порт компьютера: максимально скорость, связь по LPT порту в DOS и Windows.

11. Состав и назначение рабочей станции и сетевой станции.

12. Обзор используемых физических топологий локальных сетей.

13. Характеристики топологии "звезда".

14. Протоколы канального уровня ARP и RARP.

15. Характеристики топологии “шина”.

16. Топологии, в которых отсутствуют коллизии.

17. Характеристика топологии "кольцо".

18. Технологии передачи данных по коммутируемым линиям связи.

19. Смешанная, древовидная и сотовая топологии как сложная составная структура компьютерной сети.

20. Понятие протокола. Протоколы физического и канального уровней.

21. Правила расчета конфигурации сетей Ethernet.

22. Основные сетевые технические средства - концентратор, коммутатор, повторитель, маршрутизатор.

23. Сетевой адаптер. Основные функции. МАС - адрес сетевого адаптера. Принципы работы при передаче информации.

24. Понятие сервер, виды серверов.

25. Правила расчета сетей FastEthernet.

26. Преимущества серверных сетей. Понятие домена в ЛВС, его назначение, преимущества и недостатки.

27. Преимущества и недостатки одноранговых сетей.

28. Классификация КС по территориальному признаку.

29. Система DNS: назначение, протоколы, состав компонент, примеры.

30. IR беспроводные компьютерные сети (архитектура, характеристики, протоколы).

Блок 2

1. Сети стандарта Radio Ethernet.

2. WIFI беспроводные сети (виды и характеристики).

3. Виды доступа к передающей среде.

4. Модуляция сигналов в среде передачи: назначение, виды.

5. Протокол доступа к передающей среде CSMA/CD.

6. Проводная среда передачи. STР, SFTP и UTР кабели. Чем различаются их конструкции.

7. Мостовая и хабовая архитектура ЭВМ.

8. Основные интерфейсы архитектуры х86 (PCI,IDE,SATA и т.д.).

9. Назначение и схема взаимодействия устройств северного моста\хаба.

10. Назначение и схема взаимодействия устройств южного моста\хаба.

11. Основы организации и хранения данных на HDD накопителях.

12. Назначение, функции, особенности хранения и изменения BIOS системы.

13. Волоконно-оптические кабели. Устройство, виды, характеристики.

14. Иерархия и взаимодействие протоколов в стеке TCP/IP.

15. Прямое и обратное разрешение доменных имен в сети Internet.

16. Понятие класса сети, маска подсети, структура IP - адреса в зависимости от класса сети.

17. Доменные имена Internet, основные категории доменных имен.

18. Открытая модель взаимодействия открытых систем OSI.

19. Понятие коллизии, причины возникновения коллизий.

20. Расчет МИН, МАКС, СЕТЕВОГО и ШИРОКОВЕЩАТЕЛЬНОГО адреса подсети по IP и маске.

21. Сетевой адаптер Ethernet: основные функции, алгоритм работы.

22. Концентраторы: назначение, алгоритм работы, конструктивные и функциональные особенности.

23. Коммутаторы - основное назначение и отличия.

24. Коммутация ЛВС. Преимущества и недостатки ЛВС, построенных на базе коммутаторов, по сравнению с ЛВС на базе концентраторов.

25. Маска подсети: назначение, виды записи и представления

26. Репитер - основное назначение и алгоритм работы.

27. Мост - основное назначение и алгоритм работы.

28. Маршрутизатор - основное назначение и алгоритм работы.

29. Маршрутизация в сетях передачи данных. Основные способы маршрутизации.

30. Использование мостов и маршрутизаторов в гибридных сетях.

Практические задания

1. Расчет сети Ethernet

Длина/ Вариант	Сегмент 1	Сегмент 2	Сегмент 3	Сегмент 4	Сегмент 5	Сегмент 6
1.	120.	1005.	503.	504.	602.	105.
2.	121.	1006.	505.	506.	603.	106.
3.	122.	1007.	507.	508.	604.	107.
4.	123.	1008.	509.	510.	605.	108.
5.	124.	1009.	511.	512.	606.	109.
6.	125.	1010.	513.	514.	607.	110.
7.	126.	1011.	515.	516.	608.	111.
8.	127.	1012.	517.	518.	609.	112.
9.	128.	1013.	519.	520.	610.	113.
10.	129.	1014.	521.	522.	611.	114.
11.	130.	1015.	523.	524.	612.	115.
12.	131.	1016.	525.	526.	613.	116.
13.	132.	1017.	527.	528.	614.	117.
14.	133.	1018.	529.	530.	615.	118.
15.	134.	1019.	531.	532.	616.	119.
16.	135.	1020.	533.	534.	617.	120.
17.	136.	1021.	535.	536.	618.	121.
18.	137.	1022.	537.	538.	619.	122.
19.	138.	1023.	539.	540.	620.	123.
20.	139.	1024.	541.	542.	621.	124.
21.	140.	1025.	543.	544.	622.	125.
22.	141.	1026.	545.	546.	623.	126.
23.	142.	1027.	547.	548.	624.	127.
24.	143.	1028.	549.	550.	625.	128.
25.	144.	1029.	551.	552.	626.	129.
26.	145.	1030.	553.	554.	627.	130.
27.	146.	1031.	555.	556.	628.	131.
28.	147.	1032.	557.	558.	629.	132.
29.	148.	1033.	559.	560.	630.	133.
30.	149.	1034.	561.	562.	631.	134.
31.	150.	1035.	563.	564.	632.	135.
32.	151.	1036.	565.	566.	633.	136.
33.	152.	1037.	567.	568.	634.	137.
34.	153.	1038.	569.	570.	635.	138.
35.	154.	1039.	571.	572.	636.	139.

Топология сети Ethernet

Исходные данные о задержках для PDV

Тип сегмента	База левого сегмента	База промежуточного сегмента	База правого сегмента	Задержка среды на 1 м	Максимальная длина сегмента
10Base-5	11.8	46.5	169.5	0.0866
10Base-2	11.8	46.5	169.5	0.1026
10Base-T	15.3	42.0	165.0	0.113
10Base-FB	-	24.0	-	0.1
10Base-FL	12.3	33.5	156.5	0.1
FOIRL	7.8	29.0	152.0	0.1
AUI (> 2 м)				0.1026	2+48

Исходные данные о задержках для PVV

Тип сегмента	Передающий сегмент	Промежуточный сегмент
10Base-5 или 10Base-2
10Base-FB	-
10Base-FL	10.5
10Base-T	10.5

Расчет сети FastEthernet

Топология сети Ethernet

Исходные данные о задержках для PDV

Тип кабелей	Удвоенная задержка в bt на 1м	Удвоенная задержка на кабеле максимальной длины
UTP Cat 3	1,14bt	114bt (100м)
UTP Cat 4	1,14bt	114bt (100м)
UTP Cat 5	1,112bt	111,2 bt(100м)
STP	1,112bt	111,2 bt(100м)
Оптоволокно	1,0 bt	412 (412м)

Задержки, которые вносят два взаимодействующих через повторитель сетевых адаптера (или порта коммутатора), берутся из другой таблицы.

Тип сетевых адаптеров	Максимальная задержка при двойном обороте
Два адаптера TX/FX	100bt
Два адаптера T4	138 bt
Один адаптер TX/FX и один Т4	127 bt

3. Расчет подсетей

№ варианта	Кол. узлов в сети	Кол. подсетей	Макс. кол. узлов в подсети	Создать подсети	Настроить указанные узлы в подсетях
					1, 2, 3, 4, 5
					1, 2, 3, 4, 5
					1, 3, 5, 7, 9
					2, 4, 6, 8, 10
					1, 2, 5, 7, 9
					3, 4, 5, 6, 7
					20, 21 ,22, 23
					1, 2, 3, 49, 50
					3, 4, 23, 24, 25
					7, 8, 27, 28, 29
					13, 20, 23, 24, 25
					15, 16, 17, 18, 19
					1, 2, 3, 24, 25
					17, 18, 19, 20, 21
					11, 12, 13, 14, 15
					21, 22, 23, 24, 25
					10, 11, 12, 29, 30
					22, 23, 24, 25, 26
					2, 3, 4, 12, 13
					10, 11, 12, 19, 20
					20, 21, 30, 31, 40
					1, 11, 21, 31, 41
					10, 20, 30, 40, 50
					1, 2, 3, 11, 12
					90, 91, 92, 93, 94
					21, 22, 31, 32, 33
					11, 22, 33, 44, 55
					55, 66, 77, 88, 99
					1, 3, 6, 7, 8
					2, 3, 4, 5, 9
					1, 122, 123, 125, 127
					2, 3, 20, 30, 120, 130
					13, 14, 15, 16, 17
					3, 5, 7, 9, 11
					21, 22, 23, 41, 49
					31, 32, 33, 34, 35
					66, 67, 68, 69, 70
					47, 48, 49, 50, 51
					10, 20, 30, 40, 50
					60, 70, 80, 90, 99
					13, 20, 23, 24, 25
					15, 16, 17, 18, 19
					1, 2, 3, 24, 25
					17, 18, 19, 20, 21
					11, 12, 13, 14, 15
					21, 22, 23, 24, 25
					10, 11, 12, 29, 30
					22, 23, 24, 25, 26
					2, 3, 4, 12, 13
					10, 11, 12, 19, 20
					20, 21, 30, 31, 40
					1, 11, 21, 31, 41
					10, 20, 30, 40, 50
					1, 2, 3, 11, 12
					90, 91, 92, 93, 94
					21, 22, 31, 32, 33
					11, 22, 33, 44, 55
					55, 66, 77, 88, 99
					1, 3, 6, 7, 8
					2, 3, 4, 5, 9
					1, 122, 123, 125, 127
					2, 3, 20, 30, 120, 130
					13, 14, 15, 16, 17
					3, 5, 7, 9, 11
					21, 22, 23, 41, 49
					31, 32, 33, 34, 35
					66, 67, 68, 69, 70
					47, 48, 49, 50, 51
					10, 20, 30, 40, 50
					60, 70, 80, 90, 99

Приложения

Пример 1

Методика расчета конфигурации сети Ethernet

Для того, чтобы сеть Ethernet, состоящая из сегментов различной физической природы, работала корректно, необходимо, чтобы выполнялись три основных условия:

Количество станций в сети не превышает 1024 (с учетом ограничений для коаксиальных сегментов).
Удвоенная задержка распространения сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не превышает 575 битовых интервалов.
Сокращение межкадрового расстояния (Interpacket Gap Shrinkage) при прохождении последовательности кадров через все повторители не более, чем на 49 битовых интервалов (напомним, что при отправке кадров станция обеспечивает начальное межкадровое расстояние в 96 битовых интервалов).

Соблюдение этих требований обеспечивает корректность работы сети даже в случаях, когда нарушаются простые правила конфигурирования, определяющие максимальное количество повторителей и максимальную длину сегментов каждого типа.

Физический смысл ограничения задержки распространения сигнала по сети обеспечивает своевременное обнаружение коллизий.

Требование на минимальное межкадровое расстояние связано с тем, что при прохождении кадра через повторитель это расстояние уменьшается. Каждый пакет, принимаемый повторителем, ресинхронизируется для исключения дрожания сигналов, накопленного при прохождении последовательности импульсов по кабелю и через интерфейсные схемы. Процесс ресинхронизации обычно увеличивает длину преамбулы, что уменьшает межкадровый интервал. При прохождении кадров через несколько повторителей межкадровый интервал может уменьшиться настолько, что сетевым адаптерам в последнем сегменте не хватит времени на обработку предыдущего кадра, в результате чего кадр будет просто потерян. Поэтому не допускается суммарное уменьшение межкадрового интервала более чем на 49 битовых интервалов. Величину уменьшения межкадрового расстояния при переходе между соседними сегментами обычно называют в англоязычной литературе Segment Variability Value, SVV, а суммарную величину уменьшения межкадрового интервала при прохождении всех повторителей - Path Variability Value, PVV. Очевидно, что величина PVV равна сумме SVV всех сегментов, кроме последнего.

Расчет PDV

Для упрощения расчетов обычно используются справочные данные, содержащие значения задержек распространения сигналов в повторителях, приемопередатчиках и в различных физических средах. В таблице 3 приведены данные, необходимые для расчета значения PDV для всех физических стандартов сетей Ethernet, взятые из справочника Technical Reference Pocket Guide (Volume 4, Number 4) компании Bay Networks.

Таблица 3.

Тип сегмента	База левого сегмента	База промежуточного сегмента	База правого сегмента	Задержка среды на 1 м	Максимальная длина сегмента
10Base-5	11.8	46.5	169.5	0.0866
10Base-2	11.8	46.5	169.5	0.1026
10Base-T	15.3	42.0	165.0	0.113
10Base-FB	-	24.0	-	0.1
10Base-FL	12.3	33.5	156.5	0.1
FOIRL	7.8	29.0	152.0	0.1
AUI (> 2 м)				0.1026	2+48

Поясним терминологию, использованную в этой таблице, на примере сети, изображенной на рисунке 11.

Рис. 11. Пример сети Ethernet, состоящей из сегментов
различных физических стандартов

Левым сегментом называется сегмент, в котором начинается путь сигнала от выхода передатчика (выход Tx) конечного узла. Затем сигнал проходит через промежуточные сегменты и доходит до приемника (вход Rx) наиболее удаленного узла наиболее удаленного сегмента, который называется правым. С каждым сегментом связана постоянная задержка, названная базой, которая зависит только от типа сегмента и от положения сегмента на пути сигнала (левый, промежуточный или правый). Кроме этого, с каждым сегментом связана задержка распространения сигнала вдоль кабеля сегмента, которая зависит от длины сегмента и вычисляется путем умножения времени распространения сигнала по одному метру кабеля (в битовых интервалах) на длину кабеля в метрах.

Общее значение PDV равно сумме базовых и переменных задержек всех сегментов сети. Значения констант в таблице даны с учетом удвоения величины задержки при круговом обходе сети сигналом, поэтому удваивать полученную сумму не нужно.

Так как левый и правый сегмент имеют различные величины базовой задержки, то в случае различных типов сегментов на удаленных краях сети необходимо выполнить расчеты дважды: один раз принять в качестве левого сегмента сегмент одного типа, а во второй раз - сегмент другого типа, а результатом считать максимальное значение PDV. В нашем примере крайние сегменты сети принадлежат к одному типу - стандарту 10Base-T, поэтому двойной расчет не требуется, но если бы они были сегментами разного типа, то в первом случае нужно было бы принять в качестве левого сегмент между станцией и концентратором 1, а во втором считать левым сегмент между станцией и концентратором 5.

Рассчитаем значение PDV для нашего примера.

Левый сегмент 1:15.3 (база) + 100 м ґ 0.113 /м = 26.6

Промежуточный сегмент 2: 33.5 + 1000 ґ 0.1 = 133.5

Промежуточный сегмент 3: 24 + 500 ґ 0.1 = 74.0

Промежуточный сегмент 4:24 + 500 ґ 0.1 = 74.0

Промежуточный сегмент 5: 24 + 600 ґ 0.1 = 84.0

Правый сегмент 6:165 + 100 ґ 0.113 = 176.3

Сумма всех составляющих дает значение PDV, равное 568.4.

Так как значение PDV меньше максимально допустимой величины 575, то эта сеть проходит по величине максимально возможной задержки оборота сигнала. Несмотря на то, что ее общая длина больше 2500 метров.

Расчет PVV

Для расчета PVV также можно воспользоваться табличными значениями максимальных величин уменьшения межкадрового интервала при прохождении повторителей различных физических сред (таблица 4 взята из того же справочника, что и предыдущая).

Таблица 4.

Тип сегмента	Передающий сегмент	Промежуточный сегмент
10Base-5 или 10Base-2
10Base-FB	-
10Base-FL	10.5
10Base-T	10.5

В соответствии с этими данными рассчитаем значение PVV для нашего примера.

Левый сегмент 1 10Base-T: дает сокращение в 10.5 битовых интервалов

Промежуточный сегмент 2 10Base-FL: 8

Промежуточный сегмент 3 10Base-FB: 2

Промежуточный сегмент 4 10Base-FB: 2

Промежуточный сегмент 5 10Base-FB: 2

Сумма этих величин дает значение PVV, равное 24.5, что меньше предельного значения в 49 битовых интервалов.

В результате, приведенная в примере сеть по всем параметрам соответствует стандартам Ethernet.

Контрольные вопросы

1. По каким критериям производиться расчет сети Ethernet.

2. Почему расчет задержки распространения необходимо в общем случае производить дважды.

3. Почему минимальным временем распрстранения кадра в 10BASE-T принято 575 бит.

4. Почему уменьшение межкадрового расстояния повышает вероятность потери кадров.

5. Почему происходит рассинхронизация кадров при прохождении повторителей.

Пример 2

Методика расчета конфигурации сети Fast Ethernet

Сначала поговорим о правилах построения сети, затем о методах проверки их выполнения.

Если говорить о сетевом оборудовании, то кроме кабелей для установки Fast Ethernet потребуются сетевые адаптеры для рабочих станций и серверов, концентраторы 100BaseT и, возможно, некоторое количество коммутаторов 100BaseT.

Адаптеры, необходимые для организации сети 100BaseT, носят название адаптеров Ethernet 10/100 Мбит/с. Они способны (это требование стандарта 100BaseT мы рассматривали) самостоятельно отличать скорость 10 Мбит/с от 100 Мбит/с.

В сетях Fast Ethernet любой источник кадров данных для сети: сетевой адаптер, порт моста, порт маршрутизатора, модуль управления сетью и др. относят к определенной категории оборудования, которая называется - DTE (Data Terminal Equipment).

Каждый кадр, который вырабатывает такое устройство для разделяемого сегмента - это новый кадр. Так, к примеру, если мост (коммутатор) передают через свой выходной порт кадр, который поступил в свое время от подключенного к нему сетевого адаптера, то для сегмента сети, к которому подключен этот выходной порт, этот кадр является новым.

Порт повторителя не является DTE, так как он просто побитно повторяет на выходе, то, что получает на входе, то есть повторяет уже появившийся в сегменте кадр.

Основные правила корректной конфигурации Ethernet 802.3:

- количество узлов не более 1024

- максимальная длина кабеля в сегменте определена соответствующей спецификацией

- время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не более 575 битовых интервала

- сокращение межкадрового интервала IPG (Path Variability Value, PVV) при прохождении последовательности кадров через все повторители должно быть не больше, чем 49 битовых интервала

Для сети Fast Ethernet, которая сохранила протоколы MAC (Media access control) уровня Ethernet, выполнение условия - PDV сети не более 575 битовых интервала остается в силе.

Условие - PVV не больше, чем 49 битовых интервала выполняется всегда, поскольку в сетях Fast Ethernet используется не большое количество повторителей, которые вносят задержки распространения в сеть. А что касается требований физического уровня - это для сети Fast Ethernet отдельный вопрос.

Правила корректного построения сегментов сетей Fast Ethernet включают:

ограничения на максимальные длины сегментов, которые соединяют устройства- источники кадров (соединение DTE- DTE);

ограничения на максимальные длины сегментов, соединяющих устройства-источники кадров (DTE) с портом повторителя;

ограничения на общий максимальный диаметр сети;

ограничения на максимальное число повторителей и максимальную длину сегмента, соединяющего повторители.

В типичной конфигурации сети Fast Ethernet несколько устройств-источников кадров (DTE) подключается к портам повторителя, образуя сеть топологии звезда.

Соединения DTE-DTE в разделяемых сегментах не встречаются (петлевидные соединения повторителей не допустимы), а вот для мостов/коммутаторов и маршрутизаторов такие соединения являются нормой - когда сетевой адаптер прямо соединен с портом одного из этих устройств, либо эти устройства соединяются друг с другом.

Спецификация IEEE 802.3u определяет следующие максимальные значения сегментов, которые соединяют устройства-источники кадров (DTE-DTE)

Стандарт	Тип кабеля	Максимальная длина сегмента
100Base-TX	Category 5 UTP	100 метров
100Base-FX	многомодовое оптоволокно 62.5/125 мкм	412 метров (полудуплекс) 2 км (полный дуплекс)
100Base-T4	Category 3,4 или 5 UTP	100 метров