Сети и телекоммуникации. Для студентов

1. Адрес источника канального уровня – физический адрес (MAC-адрес) сетевой карты устройства, которое передает пакет;

2. Адрес назначения канального уровня – физический адрес (MAC-адрес) сетевой карты устройства, которое получает пакет. Это адрес ближайшего маршрутизатора или устройства назначения.

Рисунок 9 – Расположение адресов в кадре канального уровня

Рассмотрим обмен данными с помощью устройств в одной сети и с помощью устройств в разных сетях.

Посмотрим на рисунок 10. В сети находятся компьютер пользователя и FTP-сервер, с которым будет взаимодействовать компьютер. Компьютер пользователя – это устройство-отправитель, FTP-сервер – устройство-получатель. Получаем:

1. IP-адрес источника: 192.168.1.110;

2. IP-адрес получателя: 192.168.1.9.

Обратите внимание на левую выделенную часть каждого IP-адреса – это и есть сетевая часть адреса, которая остается неизменной (в том случае если маска подсети 255.255.255.0).

Рисунок 10 – Устройства находятся в одной сети

Так как и отправитель, и получатель находятся в одной сети, кадр отправляется напрямую принимающему устройству.

1. MAC-адрес источника (сетевой карты Компьютера пользователя): AA-AA-AA-AA-AA-AA в шестнадцатеричном представлении.

2. MAC-адресом получателя (FTP-сервера) является MAC-адрес FTP-сервера: CC-CC-CC-CC-CC-CC в шестнадцатеричном представлении.

Таким образом, кадр канального уровня будет выглядеть как на рисунке 11.

Рисунок 11 – Кадр с инкапсулированным IP-пакетом, передающийся напрямую с Компьютера пользователя на FTP-сервер

Теперь рассмотрим ситуацию, когда устройство-отправитель и устройство-получатель находятся в разных сетях. Пример топологии представлен на рисунке 12.

Рисунок 12 – Устройства находятся в разных сетях

Отправитель и получатель пакета находятся в разных сетях, значит IP-адреса источника и назначения будут представлять узлы в разных сетях. На это будет указывать сетевая часть IP-адреса узла назначения.

1. IP-адрес источника: 192.168.1.110;

2. IP-адрес назначения: 172.16.1.99.

Если устройства находятся в разных сетях, то и сетевые части адресов устройств будут разными.

Из-за того, что отправитель и получатель IP-пакета находятся в разных сетях, кадр Ethernet не может быть отправлен напрямую к узлу назначения, поскольку он недоступен в сети отправителя. Кадр Ethernet нужно выслать на другое устройство: маршрутизатор или шлюз по умолчанию. В нашем примере шлюз по умолчанию – Маршрутизатор 1.

1. MAC-адрес источника (сетевой карты Компьютера пользователя): AA-AA-AA-AA-AA-AA в шестнадцатеричном представлении.

2. MAC-адрес назначения – устройство-отправитель использует MAC-адрес шлюза по умолчанию или маршрутизатора, если получающее и передающее устройства находятся в разных сетях. В этом примере MAC-адресом назначения является MAC-адрес интерфейса Ethernet Маршрутизатора 1 (11-11-11-11-11-11). Этот интерфейс прикреплен к той же сети, что и Компьютер пользователя.

Таким образом, кадр канального уровня будет выглядеть как на рисунке 13.

Рисунок 13 – Кадр с инкапсулированным IP-пакетом, передающийся на FTP-сервер, находящийся в другой сети

2 Модель стека TCP/IP

2.1 Физический (первый) уровень

2.1.1 Описание и характеристика

Физический уровень – первый уровень сетевой модели OSI. Это нижний уровень модели OSI – физическая и электрическая среда для передачи данных. Физический уровень описывает способы передачи бит (а не пакетов данных) через физические среды линий связи, соединяющие сетевые устройства. На этом уровне описываются параметры сигналов, такие как амплитуда, частота, фаза, используемая модуляция, манипуляция. Решаются вопросы, связанные с синхронизацией, избавлением от помех, скорости передачи данных.

Физический уровень состоит из электронных схем, сред передачи данных и разъемов, разрабатываемых инженерами.

Стандарты физического уровня регламентируют три функциональные области:

1. Физические компоненты;

2. Кодирование;

3. Способы передачи сигналов.

Физические компоненты – это электронные устройства, среды передачи данных, а также другие соединители и разъемы, обеспечивающие передачу сигналов, с помощью которых представлены биты информации. Все аппаратные компоненты, в том числе сетевые карты, интерфейсы и соединители, а также материалы и конструкция кабелей описаны в стандартах, относящихся к физическому уровню.

Кодирование – это способ преобразования потока битов в определенный «код». Коды – это группы битов, используемые для формирования предсказуемых комбинаций, которые могут распознаваться как отправителем, так и получателем. В сети под кодированием понимаются изменения напряжения или тока согласно заданным правилам с целью представления значений битов: нулей и единиц. Пример изображен на рисунке 14.

Рисунок 14 – Пример манчестерского кода, при котором происходит кодировка информации

Способы передачи сигналов. Для представления значений битов «1» и «0» в среде подключения физический уровень должен генерировать электрические, оптические или радиосигналы. Метод представления битов с помощью сигналов называется способом передачи сигналов. Стандарты физического уровня должны определять, какой тип сигнала соответствует единице («1»), а какой нулю («0»). Для передачи сигнала можно использовать простое изменение длительности электрического или оптического импульса. Например, длинный импульс может обозначать 1, а короткий – 0.

Основными характеристиками передачи данных являются пропускная способность и производительность.

Пропускная способность – объем данных, который можно передать из одной точки в другую за определенное время. Обычно пропускная способность измеряется в килобитах в секунду (Кбит/с), мегабитах в секунду (Мбит/с) или гигабитах в секунду (Гбит/с).

Производительность – это количество битов, передаваемых по средам передачи данных за определенный период времени.

2.1.2 Среды передачи данных

Типы физических сред передачи данных:

1. Медный кабель;

2. Оптоволоконный кабель;

3. Беспроводная связь.

Медные кабели используются в сетях из-за их невысокой стоимости, простоты монтажа и низкого электрического сопротивления. Однако при передаче сигналов по медным кабелям имеются ограничения по дальности передачи и помехоустойчивости. Данные по медным кабелям передаются в виде электрических импульсов.

Виды медных кабелей:

1. Неэкранированная витая пара (UTP);

2. Экранированная витая пара (STP);