Физический и канальный уровни организации ЛВС

Основные задачи, решаемые ЛВС. Модель OSI. Физический и канальный уровни организации ЛВС. Физическая и логическая топологии сети. Различные способы доступа к среде передачи. Основные устройства, работающие на этих уровнях.

Лока́льная вычисли́тельная сеть (ЛВС, локальная сеть; англ. Local Area Network, LAN) — компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Объединение компьютеров в вычислительную сеть позволяет увеличить производительность труда людей, работающих на них.

Задачи, которые решаются с помощью ПК, работающего в составе ЛВС, и которые достаточно трудно решить с помощью отдельного ПК.

1. Разделение файлов. ЛВС позволяет многим пользователям одновременно работать с файлами, хранящимся на центральном файл-сервере.

2. Передача файлов. ЛВС позволяет быстро копировать файлы любого размера с одной машины на другую без использования дискет.

3. Доступ к информации и файлам. ЛВС позволяет запускать прикладные программы с любой из рабочих станций, где бы она ни была расположена.

4. Разделение прикладных программ. ЛВС позволяет двум пользователям использовать одну и ту же копию программы, например, текстового процессора MS Word. Два пользователя не могут одновременно редактировать один и тот же документ.

5. Одновременный ввод данных в прикладные программы. Сетевые прикладные программы позволяют нескольким пользователям одновременно вводить данные, необходимые для работы этих программ. Только специальные сетевые версии программ позволяют одновременный ввод информации.

6. Разделение ресурсов. ЛВС позволяет нескольким пользователям на различных рабочих станциях совместно использовать один или несколько дорогостоящих лазерных принтеров.

7. Электронная почта. Вы можете использовать ЛВС как почтовую службу и рассылать служебные записки, доклады, сообщения другим пользователям.

Модель OSI

Сетевая модель OSI (базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем) — сетевая модель стека(иерархически организованный набор сетевых протоколов) сетевых протоколов OSI/ISO.

Протокол определяет набор правил для организации обмена информацией на всех уровнях взаимодействия сетевых объектов, описывает схему взаимодействия сетевых объектов, определяет перечень задач и правила передачи данных (для удобства общения.).

Передача данных от компьютера к компьютеру начинается с 7 уровня. Данные передаются с уровня на уровень, при этом на каждом уровне к этим данным добавляется специальный заголовок.

Реализации модели OSI протоколами называются стеками (наборами) протоколов. В рамках одного протокола невозможно реализовать функции всех уровней модели OSI. На компьютере может быть установлено несколько стеков протоколов.

Сетевым протоколом называется набор правил, позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть компьютерами.Фактически разные протоколы зачастую описывают лишь разные стороны одного типа связи; взятые вместе, они образуют так называемый стек протоколов.

Модель OSI
Тип данных	Уровень (layer)	Функции
Данные	7. Прикладной	Представляет набор интерфейсов позволяющий получить доступ к сетевым службам
Поток	6. Представительский	Преобразует данные в общий формат для передачи по сети. Представление и шифрование данных
Сеансы	5. Сеансовый	Поддерживает взаимодействие (сеанс) между удаленными процессами. Управление сеансом связи
Сегменты / Дейтаграммы	4. Транспортный	Управляет передачей по сети, обеспечивает подтверждение передачи. Прямая связь между конечными пунктами и надежность
Пакеты	3. Сетевой	Маршрутизация, управление потоками данных, адресация сообщений для доставки. Преобразует логические сетевые адреса в соответствующие им физические. Определение маршрута и логическая адресация
Кадры	2. Канальный	Контроль логической связи, формирование кадров, контроль доступа к среде управление доступом к среде. Физическая адресация
Биты	1. Физический	Обеспечивает битовые протоколы передачи информации. Работа со средой передачи, сигналами и двоичными данными

Физический и канальный уровни организации ЛВС.

Физический уровень

Физический уровень получает пакеты данных от канального уровня и преобразует их в оптические или электрические сигналы, соответствующие 0 и 1 бинарного потока и координтрует правила их передачи. Сигналы посылаются через среду передачи на приемный узел.

На этом уровне определяются: типы соединений сред передачи данных, физические топологии сети, способы передачи данных (с цифровым или аналоговым кодированием сигналов), виды синхронизации передаваемых данных, разделение каналов связи с использованием частотного и временного мультиплексирования.

Канальный уровень

Канальный уровень обеспечивает создание, передачу и прием кадров данных.

Этот уровень определяет логическую топологию сети, правила получения доступа к среде передачи данных, решает вопросы, связанные с адресацией физических устройств в рамках логической сети и управлением передачей информации (синхронизация передачи и сервис соединений) между сетевыми устройствами.

Протоколами канального уровня определяются:

· правила организации битов физического уровня (двоичные единицы и нули) в логические группы информации, называемые фреймами(frame), или кадрами. Фрейм является единицей данных канального уровня, состоящей из непрерывной последовательности сгруппированных битов, имеющей заголовок и окончание;

· правила обнаружения (и иногда исправления) ошибок при передаче;

· правила управления потоками данных (для устройств, работающих на этом уровне модели OSI, например, мостов);

· правила идентификации компьютеров в сети по их физическим адресам.

Канальный уровень добавляет собственную управляющую информацию в начало пакета данных, которая может включать адрес источника и адрес назначения (физический или аппаратный), информацию о длине фрейма и индикацию активных протоколов верхнего уровня.

Подуровень MAC • управление доступом к среде передачи. определяет такие элементы канального уровня, как логическая топология сети, метод доступа к среде передачи информации и правила физической адресации между сетевыми объектами.

Физический адрес устройства (который определяется внутри сетевого устройства или сетевой карты на этапе производства) называют MAC-адресом (его можно программно менять и он должен быть уникальным). Адрес узла чаще всего совпадает с MAC-адресом или определяется логически при программном переназначении адреса.

Подуровень LLC • управление логическим соединением.определяет правила синхронизации передачи и сервиса соединений. Этот подуровень канального уровня тесно взаимодействует с сетевым уровнем модели OSI и отвечает за надежность физических (с использованием MAC-адресов) соединений.

Физическая топология сети.

Шинная (bus) топология. Все компьютеры подключаются к общей шине передачи данных, коаксиальный кабель, который создает шину- магистраль (backbone). От каждого из устройств сигнал передается в обе стороны. Для удаления сигнала из кабеля на концах шины должны использоваться специальные прерыватели (terminator). Механическое повреждение магистрали сказывается на работе всех устройств, подключенных к ней.

Кольцевая топология соединение всех сетевых устройств в кольцо (ring). Информация всегда передается в одну сторону — от станции к станции. Данные проходят через все устройства, и каждое анализирует, ему или нет адресованы данные. Устройство имеет приемник информации на входном кабеле и передатчик на выходном. Механическое повреждение повлияет на работу всех устройств.

Сети, построенные с использованием двойного кольца, имеют запас по отказоустойчивости и функции самовосстановления. Информация передается по кольцу в обе стороны. Повреждение кабеля не остановит работу сети.

Топология звезда (star) обладает центральным устройством, к которому лучами (отдельными кабелями) подключаются другие компьютеры. Хаб определяет правила передачи информации между устройствами, подключенными к лучам звезды при отказе его сеть ломается.

Полносвязанная (mesh) топология отказоустойчива. Каждое из сетевых устройств соединяется с каждым другим компонентом сети. В малых сетях эта топология применяется редко, однако в больших корпоративных сетях полно связанная топология может использоваться для соединения наиболее важных узлов.

Беспроводные соединения использует— сотовая топология (cellular). Компьютеры объединяются в зоны — ячейки (cell), взаимодействуя только с приемо-передающим устройством ячейки. Передача информации между ячейками осуществляется приемо-передающими устройствами. Используется для построения больших территориально распределенных сетей. Для заданной области создается приемо-передающее устройство, с которым «общаются» все сетевые объекты.

Логическая топология

Логическая топология (logical topology) определяет способ и правила (последовательность) передачи данных между компьютерами в сети и пути их передачи и устройства передачи. Физическая топология определяет физический путь данных; не отражает способ функционирования сети.

Сети Token Ringчасто используется медный кабель, который прокладывается в звездообразную схему с центральным разветвителем (хабом). В отличие от нормальной звездообразной топологии хаб не пересылает входящие сигналы всем другим подключенным устройствам. Внутренняя схема хаба последовательно отправляет каждый входящий сигнал следующему устройству в заранее предопределенном логическом кольце, то есть по круговой схеме. Физической топологией этой сети является звезда(рисунок слева)., а логической — кольцо(рисунок справа)..Для передачи данных компьютер должен получить от центрального разветвителя маркер, дающий право передавать информацию в кольцо

Сеть Ethernet. Физическая сеть может быть построена с использованием медных кабелей и центрального хаба. Физическая сеть, выполненная по топологии звезды (рисунок слева).Хаб должен ретранслировать принятый с одного своего порта сигнал на все остальные порты. Образована логическая сеть с шинной топологией(рисунок справа).

Чтобы определить логическую топологию сети, необходимо понять, как в ней принимаются сигналы:

· в логических шинных топологиях каждый сигнал принимается всеми устройствами;

· в логических кольцевых топологиях каждое устройство получает только те сигналы, которые были посланы конкретно ему.