Lokalių tinklų technologijos ir topologijos

Kompiuterių sistemų ir periferijos laboratorija

2 laboratorinis darbas

Lokalių tinklų technologijos ir topologijos

Darbo tikslas: susipažinti su pagrindinėmis vietinių tinklų topologijomis ir technologijomis, OSI modeliu, modemų panaudojimu sudarant globalius tinklus.

OSI modelis: Kompiuterinis tinklas yra sudėtingas aparatinių ir programinių komponentų kompleksas. Visą programinį-aparatinį tinklo kompleksą galima aprašyti daugiasluoksniu modeliu. Toks komplekso aprašymas leidžia standartizuoti įvairių jo lygmenų charakteristikas. Standartizavimas suteikia galimybė tarpusavyje jungti skirtingų technologijų tinklus, naudoti skirtingų gamintojų aparatinę ir programinę įrangą.

Įvertinus tai, 80-ujų metų pradžioje pasaulinės standartizacijos organizacijos ISO, ITU-T ir kt. ssukūrė skaičiavimo sistemų bendravimo modelį – OSI (Open System Interconnection).

OSI modelis nurodo sistemų bendravimo lygmenys, jų pavadinimus, funkcijas. Modelis sudarytas iš septynių lygmenų

7. Taikomasis lygmuo

6. Pateikimo lygmuo

5. Seansinis lygmuo

4. Transporto lygmuo

3. Tinklinis lygmuo

2. Kanalinis lygmuo

1. Fizinis lygmuo

Atsakymai į klausimus:

1. Kokie principai buvo naudojami kuriant OSI modelį?

• Kiekvienas lygis turi vykdyti gerai apibrėžtas funkcijas.

• Kiekvieno lygio funkcija turi būti pasirinkta orientuojantis į tarptautinių protokolų standartų sukūrimą.

• Lygių ribos turi būti pasirinktos taip, kad minimizuotų informacijos srautą per sąsają.

• Lygių skaičius turi būti pakankamai didelis, kad sskirtingos funkcijos nepatektų be reikalo į tą patį lygį, ir pakankamai mažas, kad architektūra nepasidarytų griozdiška.

2. Trumpai paaiškinkite kiekvieno OSI modelio lygmens funkcijas

1. Fizinis lygmuo aprašo fizinį duomenų perdavimo kanalą (Pvz. koaksialinis kabelis, vyta pora, optinis kabelis)

2. Kanalinis lygmuo. Kanalinio lygmens uuždavinys – perdavimo terpės prieinamumo tikrinimas, klaidų aptikimas ir taisymas. Kanaliniame lygmenyje bitai grupuojami į kadrus, skaičiuojama kadro kontrolinė suma, ir ji pridedama prie kadro. Jei išsiųsto ir gauto kadro kontrolinės sumos nesutampa, fiksuojama klaida.

3. Tinklinis lygmuo. Tinklinio lygmens protokolai aprašo, kaip nurodomi adresai ir kaip paketai perduodami iš vieno tinklo galo į kitą. Tinklinis lygmuo kuria vieningą transporto sistemą, jungiančią kelius tinklus. Tinklai gali būti skirtingų struktūrų ir technologijų ir naudoti skirtingus pranešimų perdavimo principus.

4. Transporto lygmuo. Transporto lygmens protokolai aprašo operacijas, užtikrinančias patikimą duomenų pardavimą. Keliaujant nuo siuntėjo iki gavėjo informacijos paketai gali būti sugadinti arba prarasti. Transporto lygmuo užtikrina informacijos perdavimo patikimumo laipsnį, kurį reikalauja viršutiniai OSI modelio lygmenys.

5. Seansinis lygmuo. Seansinio lygmens protokolai aprašo ryšio uužmezgimo su nutolusia sistema būdą. Apsaugos priemonių realizavimo taisyklės (Pvz. registravimas naudojant slaptažodžius) irgi priklauso seansiniam lygmeniui.

6. Pateikimo lygmuo atsako už perduodamos informacijos pateikimo formą, nekeičiant informacijos turinio. Pateikimo lygmens protokolai reikalingi todėl, kad skirtinguose kompiuterių modeliuose naudojami skirtingi vidiniai sveikų skaičių ir simbolių atvaizdavimo būdai .

7. Taikomasis lygmuo. Taikomojo lygmens protokolai aprašo konkrečios programos tinklo naudojimo būdą. (Pvz. tinklinio lygmens protokolai aprašo vienos programos užklausą kitai programai, veikiančiai kitame kompiuteryje) Taikomasi lygmuo- tai protokolų rinkinys, kurių pagalbą vartotojai prieina pprie pasiskirstytų resursų – failų, spausdintuvų, Interneto puslapių ir t.t.

3. Kokios topologijos naudojamos sudarant lokalius tinklus. Kas tai fizinė ir loginė topologijos?

Vietiniuose tinkluose yra naudojamos magistralės, žvaigždės ir žiedo topologijos. Loginė topologija tai duomenų srautų judėjimo topologija vienoje ar kitoje sistemoje, o fizinė topologija tai ryšių, kuriuos sudaro atskiros kabelio dalys, konfigūracija.

4. Kas tai koalizija? Kokia jos priežastys ir kokiose topologijose ji atsiranda?

Koalizija tai duomenų susimaišymas kai į magistralę patenka du kadrai. Koalizija gali pasireikšti tada, kai duomenys iš dviejų kompiuterių patenka į magistralę, kol nėra jos užėmimo signalo.

5. Kas tai terminatorius? Kokia jos paskirtis?

Terminatorius tai suderinta apkrova tinklo gale kuri sugeria siunčiamus duomenis.

6. Kokios topologijos kritiškos kabelio ar komutacinio įrenginio gedimui ir kokios ne?

Magistralinės topologijos tinklai naudoja mažiau kabelio, tačiau turi tą patį trūkumą, kaip ir žiedo, neveikia, kai nutrūksta kabelis.

Žvaigždės ir žiedo tinklas sugenda sugedus mazgo įrenginiui, tačiau darbo stočių gedimai įtakos tinklo darbui neturi.

7. Koks pagrindinis skirtumas tarp “Magistralė” ir “Žvaigždė” topologijų?

Pagrindinis skirtumas tarp šių topologijų yra kompiuterių išdėstymas. Magistralės topologija neturi koncentratoriaus. Žvaigždės topologijoje pasiūstus duomenis gauna iškarto visi kompiuteriai, o magistralės topologijoje duomenis gauna paeiliui po vieną kompiuterį

8. Išvardinkite kiekvienos topologijos privalumus ir trūkumus.

• Žiedo topologija leidžia kompiuteriams lengviau pasiekti vienam kitą ir nustatyti, kada tinklas veikia gerai. Tačiau toks ttinklas nustoja dirbti, jei kabelis nutrūksta bent vienoje vietoje. Čia taip pat reikalinga stotis kontroliuojanti tinklo darbą, kuri seką keliaujančią informaciją.

• Žvaigždės topologijos tinklai neturi žiedo topologijos trūkumo, nes vienas kabelis prijungia tik vieną kompiuterį ir nereikia kontroliuojančios stoties. Sugedusi stotis neturi įtakos tinklo darbui. Tačiau tinklas tampa neveiksnus sugedus tinklo mazgui.

• Magistralinės topologijos tinklai naudoja mažiau kabelio, tačiau turi tą patį trūkumą, kaip ir žiedo, neveikia, kai nutrūksta kabelis.

• Medžio tipologijoje turi tokių pačių trūkumų kaip ir magistralinės topologijos tinklai, nutrūkus kabeliui tinklas tampa nebeefektyvus, tačiau tokiam tinklui reikia mažiau kabelio, nei kitoms topologijoms.

• Žvaigždės ir magistralės jungimo būdui reikalingi specialūs prievadai mazgus sujungti vieną magistralę, sugedus vienam iš prievadų dalis tinklo tampa neefektyvi, tačiau ne visa.

• Žvaigždės ir žiedo tinklas sugenda sugedus mazgo įrenginiui, tačiau darbo stočių gedimai įtakos tinklo darbui neturi.

9. Kurios iš parodytų topologijų gali būti panaudotos kaip vieno rango (peer-to-peer) ir serveriu pagrįstos (server based) topologijos?

Serveriu pagrįstos topologijos gali būti “Žvaigždė” ir iš dalies “Šyna”, vieno rango – “Šyna” ir “Žiedas”.

10. Glaustai aprašykite informacijos apsikeitimo procesą Ethernet ir Token Ring technologijose.

Ethernet yra tinklo technologija, standartinių protokolų ir juos realizuojančių programinių aparatinių priemonių suderinta visuma, kuri pakankama kompiuterių sistemai sukurti. Ethernet tinklas yra lengvai plečiamas. Jį sudaro daug kkoncentratorių ir kartotuvų su AK sujungtų “Šynos” metodu.Token Ring technologijoje tinklui sudaryti naudojamas “Žvaigždės” metodas, pagal kurį ir vyksta informacijos apsikeitimas

11. Išvardinkite 10Base-5, 10Base-2 ir 10Base-T tinklų ypatumus

10Base-5

o Greitis – 10 megabitų per sekundę (Mbps) (pirmasis standarto skaičius rodo duomenų perdavimo greitį).

o Šio standarto tinkluose naudojama magistralinė tinklo topologija.

o Maksimalus perdavimo kabeliu atstumas be kartotuvų yra iki 500 m (paskutinis standarto skaičius nurodo maksimalų segmento ilgį šimtais metrų).

o Galuose būtini terminatoriai su 50 omų varža.

o Viename tinklo segmente gali būti iki 100 transiverių ne mažesniu nei 2,5 m atstumu.

o Maksimalus tinklo kabelio ilgis – 2500 m.

o Viso galima prijungti iki 1024 prietaisų tokiame tinkle.

10Base-2

o Mažesnė ir pigesnė versija nei 10BASE-5.

o Sparta 10 Mbps.

o Naudojamas plonesnis (RG-58 /U, RG-58 A/U, RG-58 C/U) koaksialinis kabelis. Vidinio laido skersmuo – 0,89 mm. Kabelis kartais dar vadinamas pigiu (cheapnet) arba plonyčiu tinklu (thinner, thin Ethernet).

o Naudojama magistralinė lokaliojo tinklo topologija.

o Maksimalus kabelio segmento ilgis yra iki 185 m, kai segmente yra ne daugiau kaip 30 kompiuterių (stočių).

o Minimalus atstumas tarp stočių — 1 metras, pagal šį standartą taip pat galima naudoti kartotuvus, todėl tinka ta pati taisyklė kaip ir 10BASE-5 5x4x3, vadinasi, bendras tinklo kabelio ilgis – 5*185 = 925 metrai. 10Base-2 ir 10Base-5 standartai turi vieną esminį

trūkumą – negalima gauti informacijos apie monokanalo būvį. Nutraukus segmentą, be kabelio testerio sudėtinga nustatyti trūkio tašką (jei nesimato). Ethernet 10Base-2 yra pigesnis už

o 10Base-5 ir jį lengviau naudoti, tačiau tinka naudoti mažesniais atstumais.

10Base-T.

o Standartas palaiko duomenų perdavimą 10 Mbps sparta.

o Naudojami vytosios poros (UTP, Ushielded twisted Pair) laidai yra ne žemesnės nei 3 kategorijos. Kabelis turi būti sudarytas iš ne mažiau nei dviejų vytųjų laidų porų: viena pora naudojama siųsti, kita – priimti.

o Maksimalus segmento kabelio ilgis – 100 m. <

o Tinklą sudaro tinklo plokštės, kabelis ir vienas arba daugiau šakotuvų.

o Kartotuvų kiekis tarp bet kurių dviejų tinko kompiuterių neturi viršyti 4. Tai vadinamoji 4 koncentratorių taisyklė. Kompiuterių skaičius negali viršyti 1024.

o Naudojama žvaigždės lokaliųjų tinklų topologija.

o Maksimalus jungiančio kabelio ilgis 100 m.

12. Aprašykite ir Fast Ethernet ir Gigabit Ethernet tinklų standartus

Fast Ethernet

 802.3 standartą atitinkanti Fast Ethernet technologija standartizuota kaip 802.3u, besiremianti tinklo prieigos valdymo CSMA/CD technologija

Naudojamos trys kabelių sistemos:

 daugiamodis optinis kabelis-naudojamos dvi modos;

 5 kategorijos vytosios poros kabelis &– naudojamos 2 poros;

 3 kategorijos vytosios poros kabelis – naudojamos 4 poros.

 Skiriasi kadrų, naudojamų Ethernet ir Fast Ethernet technologijose, formatai;

 Intervalas tarp kadrų yra 0,96 µs, o bitų intervalas 10 µs;

 MAC lygmenyje jokių pakeitimų nėra;

 Aplinka yra nneužimta, kai ja perduodamas signalas IDLE.

Gigabit Ethernet

• Šiuose tinkluose, atsisakyta kai kurių funkcijų, būdingų tradiciniams Ethernet tinklams:

1. aptarnavimo kokybės, kūrėjų nuomone, ją pakeičia labai didelis greitis, net iki 1000 Mbps ir labai maži užlaikymai perduodant informaciją;

2. papildomų ryšių;

3. tinklo mazgų ir įrenginių darbingumo testavimo.

1000Base Ethernet technologija, palyginti su kitomis Ethernet technologijomis, turi ir bendrų bruožų:

4. išlieka tie patys kadrų formatai;

5. pusiau dupleksinė versija veikia CSMA/CD prieigos principu, ir visas dupleksas, naudojantis komutatorius;

6. tinka visi pagrindinai kabelių tipai – optinis, 5 kategorijos vytoji pora, koaksialinis kabelis.

13. Kuo skiriasi vytos poros kabeliai, skirti dviejų kompiuterių sujungimui ir kompiuterio ir komutacinio įrenginio sujungimui?

14. Trumpai aprašykite 5, 5e,6 ir 7 kategorijų vytos poros kabelių ypatumus

5 kategorijos kabelinės sistemos

Paskaičiuota, kad 100 Mbps tinklo pralaidumas, kai duomenų pakartojimas ((dėl prasto signalo sklidimo ir atspindžių) siekia 1 proc., realiai mažėja iki 20 Mbps. Todėl tinkluose dirbančiuodse 100Mbps sparta rekomenduojama naudoti kabelius nežemesnės kaip 5 kategorijos.

• Tai UTP tipo kabelis

• Atitinka EIA/TIA568 stasndartą

• Naudojamas duomenu persiuntimui

• Naudojama standartinis RJ-45 mazgo pajungimo būdas

• Naudojamas Ethernet 100Base-TX, 100Base-T, 10Base-T, ATM, Token Ring tinkluose.

• Pralaidumas 100 MHz.

5e kategorijos kabelinės sistemos

Ši kategorija panaši į 5-tą, tik 5e kategorijai taikomi didesni reikalavimai.

• Formaliai vadinama ANSI/TIA/EIA 568A-5.

• Gali būti taikoma ir Gigabit Erhernet (1000Base-T) tinkluose. <

• Laisvai suderinama su 5 kategorija.

• Naudoja visas keturias vytas poras, suskaidant duomenis kiekvienai porai po lygiai.

• Naudojama standartinis RJ-45 mazgo pajungimo būdas.

• Gali būti UTP arba STP tipo kabelis.

• Kieviena pora galima perduoti iki 300Mbps sparta duomenis.

• Jei tinkle naudojama 100Mbps komutatorius, patartina įsigyti 5e kategorijos kabelį vietoj 5

6 kategorijos kabelinės sistemos

• Panaši į 5e kat., tik yra valdymo pakeitimų.

• Priklauso 568A standartui.

• Atsirado naujų testavimų, ELFEXT (Equal Level Far End Crosstalk ) ir PSELFEXT (PowerSum Equal Level Far End Crosstalk ), kurie būtini kiekvienam komponentui ir įdiegtai sąsajai ar kanalui, kad atitiktų reikalaujamą kokybę.

• Gali būti UTP arba STP tipo kabelis.

• Naudojama Gigabit Ethernet tinkluose.

• Duomenų perdavimo sparta galima du kart didesnė negu 5e kategorijos.

• Naudojamas standartinis RJ-45 mazgo pajungimo būdas.

• Šios ketegorijos kabelių pralaidumas siekia 200MHz, tačiau kabeliai testuojami su 25% atsarga, kad užtikrinti sistemos aukštą kokybę.

7 kategorijos kabelinės sistemos

Ši kabelinė sistema pralenkia F klasę.

• Ši kategorija yra už RJ-45 galimybių, todėl naudojamos anujos kartos jungtys.

• Naudojamas dažnis yra 600MHz + 25% (viso 750MHz).

• Kiekvienas kabelis susideda iš 4 atskirų folija aptrauktų porų su apvalkalu apie jas., tad 7 kat. kabeliai gali būti tik STP.

• Šios kabelinės sistemos dar beveik bniekur nenaudojamas, nes sunkiai suderimos su kitomis

• Dėl savo ggerų charakteristikų: didelio greičio, didelio atsparumo trikdžiams garantuota ateitis rinkoje.

15. Trumpai aprašykite koncentratorių, komutatorių ir maršrutizatorių skirtumus ir funkcijas

Koncentratoriaus (HUB) panaudojimas – tai paprasčiausias vietinio tinklo jungimo būdas

• Tai fizinio lygmens įrenginys, kuris priima įėjimo duomenis (kadrų bitus) ir persiunčia juos į išėjimo prievadus.

Komutatorius (switch) – tai aktyvus tinklo elementas, kuris valdo duomenų perdavimą taip, kad duomenys būtų kuo rečiau prarandami ir pasiektų adresatą kuo greičiau.

• Komutatoriai sudalina tinklą į segmentus. Kiekvienas iš jų gali dirbti nesikertant duomenų srautams.

Maršrutizatoriai

• Jungiant didelius tinklus, norint juos toliau plėsti būtina juos sujungti tinkliniame lygmenyje – reik naudoti maršrutizatorius. Maršrutizatoriai atlieka atlieka duomenų maršrutizavimo (routing) funkciją, kad informacija būtų sėkmingai perduota esančiais potinkliais.

• Maršrutizatoriai iš principo yra įrenginiai, kurie jungia IP tinklus.

• Maršrutizatorius palaiko tinklinio lygmens protokolus.

• Perduodant duomenų paketus tarp skirtingus standartus palaikančių potinklių, turi keičia jų antraštes, pagal standartą.

• Maršrutizatoriai tinkle atlieka šias funkcija:

• maršrutizavimo – sudaro tinklo maršrutų žemėlapius ir lenteles (būdinga tik maršrutizatoriams);

• sujungia skirtingus standartus naudojančius tinklų segmentus;

• nukreipia ir persiunčia informacijos srautus, parinkdami optimalų kelią;

• filtruoja duomenų paketus, apribodami jų judėjimą;

• apsaugo tinklą, sukurdami ugniasienę (firewall);

• perkoduoja informaciją.

16. išvardinkite komutacinių spintų panaudojimo privalumus

• užtikrina įrangos nuo išorės poveikio saugumą, tarkim jei įranga laikoma gamybinėse ar kitokiose patalpose.

• galima įrengti papildomą aaušinimą įrangai.

• galima įvesta priešgaisrinę ar apsaugos sistemas.

• įrangą galima sudėti ant išvažiuojančiu ant pavažų lentynų arba prisukti tam skirtose vietose.

• lentynų kiekį pagal patogumą dažniausiai galima keisti.

• specialios angos skirtos atvesti laidamas (šonuose,viršuje, apašioje). Komutacinės spintos būna įvairaus dydžio ir dizaino, tad jas galima laikyti, tiek biure, tiek techninėse patalpose ar kitur.

17. Trumpai aprašykite tinklo adapterių klasifikaciją ir funkcijas

Tinklo adapteriai klasifikuojami pagal:

• Duomenų magistralę: ISA, EISA, VL-Bus, PCI, MCA.

Gali būti tinklo adapteris jungiamias per PCMCI jungtį, skirtą nešiojamiems kompiuteriamas (notebook).

Šiuo metu yra jau tinklo adapterių, kurie jungiasi prie USB (Universal Serial Bus) kompiuterio sąsajos.

• Pagal mikrokontrolerio lustą (Chip, chipset), pagal kurį adapteris pagamintas. Muo jo priklauso visi plokštės parametrai: tvarkyklės, magistralės tipas, palaikomas greitis ir t.t.

• Prijungimo prie tinklo būdą – priklauso nuo tinklo technologijos ir standarto:

• BNC – Ethernet 10Base-2, plonas kaksialinis kabelis.

• RJ-45- Ethernet 10Base-T, 100Base-TX, 1000Base-T, Token Ring, vytosios poros kabeliams.

• AUI – Ehetrnet 10Base-5, storas koaksialinis kabelis

• SC ir ST – optinio kabelio jungtys.

• Tinklo adapteriai gali turėti kelių tipų jungtis, tačiau vienu metu galima naudotis, tik viena.

• Tinklo darbo greitį – 4Mbps, 10Mbps, 100Mbps, 1000Mbps.

• Tinklo plokštės naudojančios vytosios poros kabelį gali palaikyti skirtingus darbo rėžimus:pusiau duplekso (HalfDuplex) arba viso duplekso (FullDuplex).

Tinklo adapteris tai interfeisas tarp tinklo

kabelio ir kompiuterio, skirtas perduoti duomenis kitai sistemai.

Tinklo plokštė padeda kompiuteriui pasinaudoti tinklo teikiamais resursais. Ji paruošia duomenis gaunamus iš kompiuterio, perduoti į tinklo kabelį, paruoštus duomenis perduoda kabeliu kitam kompiuteriui, valdo duomenų srautą tarp kompiuterio ir kabelio.

18. Kokia modemo paskirtis ir funkcija?

Modemas yra įtaisas, suteikiantis galimybę AK komunikuoti per visuomeninę telefoninę liniją. Modemai išverčia AK signalus į tą formą, kuria signalai gali būti perduoti per telefoninę liniją, t. y. konvertuoja signalus iš skaitmeninių į analoginius ir perduoda juos į ttelefono liniją.

19. Kaip klasifikuojami modemai?

Modemai būna vidiniai ir išoriniai, asinchroniniai ir sinchroniniai.

20. Kaip moduliuojamas signalas modemuose?

Signalas modemuose moduliuojamas kvadratūrine – amplitudine moduliacija.

21. Kaip klasifikuojami modemų protokolai?

Modemai dirba TCP/IP protokolo pagrindu.

IŠVADOS: Atsakinėdamas į pateiktus klausimus, susipažinau su pagrindinėmis lokalių tinklų topologijomis ir technologijomis, OSI modeliu, modemų panaudojimu, sudarant globalius tinklus, tinklo sąvokomis bei jiems sudaryti naudojamais prietaisais.