Но это лишь маленькие игрушки гиков, которые мечтают покрыть связью всю планету. Их амбициозные сервисы станут крохотным дополнением к мощной базовой инфраструктуре Всемирной сети - разветвлённой сети наземных и подводных магистральных каналов. Вот где настоящая кровеносная система современной цивилизации. Именно здесь бьётся её пульс.
Крупнейшие хабы
На физическом уровне интернет представляет сеть хабов (точек обмена трафиком), связанных магистральными каналами. В точках обмена трафиком концентрируется не только трафик, но и сетевая инфраструктура (дата-центры, хостинг и т.д). Крупнейшие точки обмена находятся во Франкфурте, Амстердаме, Лондоне и Париже. В каком-то смысле эти города можно считать столицами мирового интернета. По крайней мере, точно крупнейшими сетевыми узлами, вместе с Нью-Йорком, который тоже входит в пятёрку основных хабов.По данным на 2014 год , по дну океана проложено 285 кабелей связи, из них 22 не использовались, это так называемые «тёмные кабели» («тёмное оптоловокно») - такие неиспользуемые кабели в большом количестве есть и на суше. Например, та же компания Google скупает тёмное оптоволокно для связи между дата-центрами. Когда по тёмному оптоволокну пускают сигнал, говорят, что его «зажгли», как лампу.
Расчётный срок службы оптоволокна составляет 25 лет - это чисто теоретическая величина. Предполагается, что в течение такого времени коммерческая эксплуатация канала будет иметь смысл. Соответственно, исходя из такого срока экономисты рассчитывают окупаемость инвестиций. Например, для компании Google выгоднее проложить собственный кабель через Тихий океан, чем 25 лет арендовать чужой.
По мере роста трафика в интернете (он растёт примерно на 37% в год) операторы производят апгрейд оптоволокна - «уплотняют» его, чтобы передавать данные одновременно в нескольких спектральных каналах за счёт спектрального уплотнения . Кроме того, внедряются более эффективные техники фазовой модуляции и устанавливается более современное оконечное оборудование. Соответственно, пропускная способность магистрального канала увеличивается пропорционально полосе частот, на которых передаются данные.
Хорошей иллюстрацией является трансатлантическая информационная магистраль. В 2003-2014 годы здесь не было проложено ни одного (!) нового кабеля, зато пропускная способность действующих каналов увеличилась в 2,4 раза исключительно за счёт уплотнения каналов и апгрейда оборудования. И у этих кабелей ещё остался большой запас на будущее.
Увеличение пропускной способности трансатлантических каналов связи в 2003-2014 годы
Прокладка нового кабеля и ввод его в эксплуатацию - длительная процедура, которая продолжается несколько лет, и довольно дорогостоящая, поэтому несколько корпораций обычно сообща финансируют такие проекты, а потом делят между собой оптоволоконные пары в кабеле. Например, 29 июня 2016 года компания Google с партнёрами (China Mobile International, China Telecom Global, Global Transit, KDDI, Singtel) объявили о вводе в эксплуатацию крупнейшего подводного кабеля в мире - транстихоокеанского кабеля FASTER на 60 Тбит/с . Кабель длиной 9000 км связал Японию и США (здесь Япония выполняет роль хаба между США и Китаем).
FASTER
Этот конкретный кабель состоит из 6 оптоволоконных пар. Каждая пара способна передавать сигнал в 100 диапазонах длины волны по 100 Гбит/с на каждую длину (10 Тбит/с на каждую оптоволоконную пару). Это соответствует 60 Тбит/с максимальной пропускной способности для каждого кабеля - это не теоретическая, а реальная максимальная пропускная способность, продемонстрированная в тестах.
Но в первое время пропускная способность даже близко не приблизится к этому пределу. На первом этапе будут задействованы всего лишь от 2 до 10 каналов, то есть 2-10% максимальной пропускной способности кабеля. В течение 25-летнего срока эксплуатации Google с партнёрами будут постепенно увеличивать его пропускную способность, по мере необходимости.
Google принадлежит один или два из шести оптоволоконных пар в кабеле, точная информация держится в секрете. Хотя стоимость прокладки магистрали FASTER составила $300 млн, для интернет-компании это действительно дешевле, чем арендовать такие же каналы у других. Кроме того, так Google получает больший контроль над линиями связи, которые связывают её дата-центры.
Кстати, Microsoft и Facebook по примеру Google сейчас тоже формируют консорциум для прокладки своего трансатлантического кабеля MAREA.
Сети в Европе
Если магистральные каналы связи сравнить с кровеносной системой современной цивилизации, то Европа - её сердце.
Карта магистральных каналов в Европе с каждым годом немного изменяется. Между крупнейшими узлами сети иногда прокладываются новые каналы с большей пропускной способностью и/или меньшей задержкой (то есть по более оптимальному маршруту). В некоторых случаях каналы могут вообще «пропадать», то есть их перестают использовать, если оператор по какой-то причине решит перенаправить линк от одного города к другому. В начале 2000-х крупнейшим международным каналом связи в мире был трансатлантический маршрут Нью-Йорк–Лондон, но в 2009 году проложили более толстый канал Амстердам–Лондон, а затем и этот рекорд был побит новым «чемпионом» - трассой Франкфурт–Париж.
Примерно в это время сформировалась окончательная структура сетевых магистралей в Европе с четырьмя крупнейшими в мире точками обмена трафиком.
- Франкфурт
- Лондон
- Париж
- Амстердам
Физическое местоположение серверов 100 самых популярных сайтов в некоторых странах, апрель 2015 год.
В России федеральные операторы практически монополизировали рынок магистральных сетей Интернет. Они прокладывают самые толстые линии связи, а потом продают местным провайдерам право пользоваться ими. Но жизнь самих федеральных игроков – тоже не малина. В 2014 г. они должны зайти в каждый город с населением от 100 тыс. человек, а к 2018 г. их присутствие обязательно в городах с населением 8 тыс. человек. А это огромные инвестиции, которые неизвестно, когда окупятся и окупятся ли вообще.
Магистральный Интернет в России
Глобальная магистральная сеть Интернет опоясывает всю планету, соединяя континенты, страны и отдельные города. По большому счету магистральная сеть – это те же волоконно-оптические линии связи, которые приносят Интернет в наши квартиры и дома, только с большей пропускной способностью (от 100 Гбит/с до 10 Тбит/с при использовании современного оборудования). Строительством и обслуживанием таких сетей занимаются либо провайдеры, предоставляющие связь напрямую абонентам, либо компании, работающие только с провайдерами и не имеющие дел с конечными потребителями. Первых, конечно же, больше.
В России строить трансграничные магистральные сети и передавать трафик за границу могут только крупные федеральные провайдеры, многие из которых не ограничиваются магистралями внутри страны. Например, оператор RetnNet имеет Интернет узлы и линии не только на западе РФ, но практически по всей Европе. А провайдер «Синтерра», который сегодня принадлежит «МегаФону», связывает Россию только с некоторыми странами восточной Европы, которые находятся недалеко от наших границ. Региональные (охватывающие некую область в РФ) и локальные (охватывающие только один или несколько населенных пунктов) провайдеры не могут строить свои магистрали за границу и вынуждены пользоваться чужими, а плата за трафик «капает» в карман федеральных игроков рынка.
Нажмите, чтобы увеличить
Но при этом если вы думаете, что быть федеральным провайдером легко и выгодно, то вы ошибаетесь. К таким операторам имеются очень высокие требования. В частности, они обязаны присутствовать по всей стране, во всех регионах РФ. В 2014 г. они должны зайти в каждый город с населением от 100 тыс. человек, а к 2018 г. их присутствие обязательно в городах с населением 8 тыс. человек. Во всяком случае, так гласит сегодня закон. Насколько это реально? Даже самым «толстым» провайдерам это крайне трудно сделать. Но зато они монополисты на рынке иностранного трафика.
В целом тенденции развития рынка магистрального Интернета в России следующие: до 2011 г. включительно провайдеры занимались расширением сетей и строительством новых линий, в 2012 г.они приостановили расширение и начали модернизировать сети, увеличивать пропускную способность, расширять каналы, в 2013 г. провайдеры опять переключились на строительство новых магистральных узлов и линий. Та же тенденция сохранится и в текущем 2014 г.
Топ-10 крупнейших магистральных провайдеров России
В России существует два сегмента магистральных сетей связи: внутрироссийские каналы и международные каналы направления «Москва – Санкт-Петербург – Хельсинки – Стокгольм».
В основном, магистральные провайдеры активнее занимаются одним из направлений, затрачивая больше средств и усилий для его развития, чем другого. Это более эффективный путь, поскольку не приходится гнаться сразу за двумя зайцами. Так, например, операторы RetnNet, «Раском», ТТК и TeliaSonera International Carrier Russia направлены на строительство магистралей за границей, а в России имеют лишь несколько линий связи. А вот такие операторы, как «Синтерра», «ВымпелКом», больше внимания уделяют внутрироссийским магистральным каналам.
Представляем вам 10 самых крупных магистральных провайдеров России:
- «Ростелеком» – 500 тыс. км магистралей;
- «МегаФон» (включая сети «Синтерра») – 118 тыс. км магистралей;
- МТС – 117 тыс. км магистралей;
- «ВымпелКом» – 137 тыс. км магистралей;
- «ТрансТелеКом» (ТТК) – 76 тыс. км магистралей;
- «Старт Телеком» – 16 тыс. км магистралей;
- «Раском» – 8,6 тыс. км магистралей;
- Orange Business Services – 8,5 тыс. км магистралей;
- RetnNet – 5,7 тыс. км магистралей;
- TeliaSonera International Carrier Russia – 2 тыс. км магистралей.
Первая пятерка лидеров – это федеральные российские провайдеры, которые вкладывают огромные средства в развитие своих сетей и являются практически монополистами во многих сегментах рынка высокоскоростного Интернета в РФ. Большинство операторов из второй пятерки не предоставляют услуги частным российским пользователям, а работают больше с другими провайдерами, предоставляя в аренду свои магистрали.
Топ-3 крупнейших магистральных провайдеров Москвы
Естественно, самые «толстые» магистральные каналы тянутся из-за границы в Москву, а уже из столицы по регионам расходятся линии зачастую с меньшей пропускной способностью. Москва – это очень важный узел, через который проходит огромная часть российского трафика, да и уровень проникновения Интернета в столице намного выше, чем в регионах. Вот почему московским провайдерам нужен более широкий канал.
Тройка крупнейших магистральных провайдеров Москвы выглядит так:
- «Ростелеком» – 80 тыс. км оптоволокна в Москве и Московской обл.;
- МГТС – 25 тыс. км оптических линий в Москве и Подмосковье;
- «АКАДО Телеком» – 18,5 тыс. км линий связи по Москве и Подмосковью.
Как прокладывают магистральные линии в РФ. Взгляд обывателя
Как работают магистральные каналы? Какая аппаратура выдерживает те нагрузки, которые нужны для высокоскоростной передачи огромных объемов информации? Как выглядят и где проложены кабеля магистральных сетей? Давайте попробуем во всем разобраться.
Для того чтобы высокоскоростной Интернет появился в Архангельске, Нижневартовске, Нягани или любом другом городе, нужно протянуть в этот населенный пункт кабель. Причем кабель этот должен быть достаточно толстым и надежным, чтобы выдерживать те нагрузки, которые ему придется пережить. А что уж говорить о кабелях, соединяющих континенты... Но как раз этих самых толстых кабелей никто никогда не видел. Ну, во всяком случае, рядовой обыватель не отличит Интернет-кабель от любого другого, да и не особо интересуется этим.
Как работают магистральные каналы
Магистральные каналы, в основном, прокладываются под землей, тем более, что оптоволокно – это достаточно хрупкий материал, который боится сильных ветров, обледенения и падения веток деревьев. То есть непогода крайне негативно влияет на ВОЛС. Как раз поэтому магистральные волоконно-оптические линии закапывают. В отличие от локальных линий оптоволокна, ведущих к многоэтажкам и частным домам. Последние прокладываются по воздуху, по электрическим столбам.
Оптоволоконные магистральные сети состоят из линий (кабелей) и узлов (крупные маршрутизаторы). Большинство магистральных операторов используют сегодня технологию DWDM – спектральное уплотнение канала, мультиплексирование с разделением по длине волны. Информация в одном городе направляется в аппаратуру спектрального уплотнения, где сжимается до пакетов минимальных размеров и в виде сигнала направляется в другой город, где происходит обратный процесс – распаковка и дешифровка данных. Из необходимого для такого процесса оборудования – мультиплексор, демультиплексор, транспондеры (основные производители Cisco, Huawei, Ciena). Данная технология позволяет передавать большие объемы данных практически одним «броском», значительно ускоряя передачу и расширяя канал.
Обрывы кабеля
Магистральные кабели часто страдают от нерадивых строителей и незаконных застройщиков, которые копают котлованы и траншеи, не удосужившись узнать, не проходит ли какая-нибудь линия связи или коммуникаций в этом месте. Поэтому провайдеры подстраховываются, создавая резервные каналы, чтобы пользователи не страдали в случае обрыва кабеля в одном месте.
Поскольку, как уже было сказано, обрывы кабеля – явление частое, то и ремонт обрывов является обычным делом. Бригада приезжает на примерное место поломки и ищет точку обрыва. Обычно ее видно сразу, поскольку само по себе оптоволокно не рвется, всегда есть внешний фактор – экскаватор, стройка, свежая глубокая траншея (ведь кабель закапывают на глубину порядка 2-4 метров). Но если невозможно точно увидеть, где авария, то существует специальный приборчик – рефлектометр, который подает оптический импульс и по времени возврата определяет довольно точно место обрыва. Мастера-ремонтники вырезают поврежденный кусок кабеля и делают вставку нового. При строительстве линии связи закладывается запас мощности сигнала, ведь врезка несколько ухудшает скорость передачи. Кстати, на оптике, проложенной по воздуху, можно увидеть на столбах бухты с запасом кабеля. Они как раз для ремонта обрывов. Чтобы не делать врезки, которые ухудшат качество связи.
Проблемы магистральных сетей в России
Основной проблемой магистральных провайдеров в нашей стране являются, собственно, размеры России. Дело в том, что мало проложить магистраль, нужно еще и поддерживать ее нормальную работу, регулярно модернизировать и ремонтировать. А на такой обширной территории это бывает крайне трудно и дорого. Ведь одно дело – заменить оборудование на сети, протяженностью 100 км, а совсем другое – 100 000 км.
Поэтому провайдеры часто тянут до последнего с модернизацией, пытаясь сэкономить или хоть как-то повысить окупаемость сети. И ремонтируют сеть на некоторых участках десятки раз, до тех пор, пока мощности хватает еле-еле. И только когда уже совсем падает скорость и пропускная способность, заменяют весь участок магистрали.
В России вложения провайдеров в развитие и обслуживание магистральной сети зачастую огромные. Поэтому не судите операторов строго, они стараются сделать максимум, затратив как можно меньше денег. Кроме того, на них давят не только экономические условия, но еще и законодательство, обязывающее каждый год прокладывать все больше новых магистральных линий.
Магистральная сеть компании ОАО «Ростелеком»
Нажмите, чтобы увеличить
Магистральная сеть компании «МегаФон»
Нажмите, чтобы увеличить
Магистральная сеть компании «Синтерра», принадлежащей «МегаФону»
different types of сarriers in the US: Сети телеком операторов развились в США. К 1885 году в США существовало более 300 лицензированных телефонных компаний, а телефону было всего лишь девять лет. Начиная с этого времени и по 1907 год людям часто приходилось иметь два телефона: один для связи с абонентами Bell Telephone Company , а второй – для связи с людьми, жившими в городе, который обслуживала другая телефонная компания. Независимые телефонные компании и компания Bell не «разговаривали» друг с другом, между ними отсутствовало какое-либо взаимодействие. В 1910 году компания AT&T выдвинула стратегию взаимосвязанной телефонной связи, из которой выросла телефонная сеть общего пользования. В обмен на предоставление компанией AT&T такого универсального обслуживания Федеральное правительство США предоставило ей монополию на телефонную связь, которую затем неоднократно отбирало.
Bell Operating Companies долгое время была монополией, затем была демонополизирована.
Long Lines was renamed AT&T Communications in 1984 since it no longer consisted of the majority of the "lines", or the Bell Operating Companies. AT&T Communications became one of the three core sales units of AT&T after reorganization of remaining assets of the former Bell System.
AT&T divided AT&T Communications up into operating companies, serving the regions of each Bell Operating Company. Following the Telecommunications Act of 1996, AT&T Communications began reselling Bell Operating Company-provided telephone service at lower prices to compete with the Baby Bells. Such services were done through AT&T Consumer, a new sales unit created to incorporate local and long-distance services provided by AT&T Communications.
The (RBOC ) are the result of United States v. AT&T, the U.S. Department of Justice antitrust suit against the former American Telephone & Telegraph Company (later known as AT&T Corp.). On January 8, 1982, AT&T Corp. settled the suit and agreed to divest ("spin off") its local exchange service operating companies. Effective January 1, 1984, AT&T Corp."s local operations were split into seven independent Regional Bell Operating Companies known as "Baby Bells." RBOCs were originally known asRegional Holding Companies (RHCs).
Традиционные местные поставщики: An ILEC , short for incumbentlocal exchangecarrier, is a local telephone company in the United States that was in existence at the time of the break up of AT&T into the Regional Bell Operating Companies (RBOCs), also known as the "Baby Bells." The ILEC is the former Bell System or Independent Telephone Company responsible for providing local telephone exchange services in a specified geographic area. GTE was the second largest ILEC after the Bells, but it has since been absorbed into Verizon, an RBOC. ILECs compete with Competitive Local Exchange Carriers (CLEC). When referring to the technical communities ILEC is often used just to mean a telephone provider.
Конкурирующие местные поставщики услуг: A competitive local exchange carrier (CLEC ), in the United States, is a telecommunications provider company (sometimes called a "carrier") that competes with other, already established carriers (generally the incumbent local exchange carrier (ILEC))
Региональные: An Interexchange Carrier (IXC ) is a U.S. legal and regulatory term for a telecommunications company, commonly called a long-distance telephone company , such as MCI (before its absorption by Verizon), Sprint and the former AT&T (before its merger with SBC in 2005) in the United States.
широко-территориальные опорные сети: Разработана специальная технг-я для создания так называемых первичных, или опорных, сетей . Такие сети не предоставляют услуг кон пользователям, они являются фундаментом, на котором строятся скоростные цифровые каналы «точка-точка», соединяющие оборудование др, наложенных сетей, которые уже работают на кон пользователя.
" телекоммуникационная сеть состоит из:
· терминального оборудования пользователей
· Сеть доступа назначение- концентрация информационных потоков, поступающих по многочисленным каналам связи от оборудования клиентов
· Магистральная сеть объединяет отдельные сети доступа, обеспечивая транзит трафика между ними по высокоскоростным каналам.
· Информационные центры, или центры управления сервисами (Services ContControl Point (SCP)). реализуют информационные услуги сети. В таких центрах может храниться инфа двух типов:
· пользовательская инфа , то есть инфа, которая непосредственно интересует конечных пользователей сети; (веб-порталы, на которых расположена разнообразная справочная и новостная инфа, инфа электронных магазинов)
· вспомогательная служебная инфа , помогающая поставщику услуг предоставлять услуги пользователям. (системы аутентификации и авторизации системы биллинга, БД учетной инфы пользователей, хранящие имена и пароли, а также перечни услуг, на которые подписан каждый пользователь.)
Специализированное предприятие которое создает телекомуникационую сеть для оказания общедоступ услуг владеет этой сетью и поддерживает ее работу= оператор связи. ® Сети операторов связи =Сети телекоммуникационных операторов предоставляют публичные услуги.
Услуги - транспортные (Телефонный разговор) -и информационные . (справочные услуги телефонной сети или веб-сайтов)..
Услуги по степени их интерактивности. телефонные сети оказывают интерактивные услуги + компные сети, пользователи которых могут активно участвовать в просмотре содержания веб-сайта, отвечая на вопросы анкеты или играя в игры НО, радиосети и телевизионные сети оказывают широковещательные услуги , при этом инфа распространяется только в одну сторону - из сети к абонентам, по схеме «один ко многим».
операторы делятся на:
Локальный оператор работает на территории города или сельского района.
Региональные и национальные операторы оказывают услуги на большой территории, располагая соответствующей транспортной инфраструктурой. выполняют транзитную передачу телефонного трафика между телефонными станциями локальных операторов, имея в своем распоряжении крупные транзитные АТС, связанные высокоскоростными физическими каналами связи. Это операторы операторов, их клиентами являются, как правило, локальные операторы или крупные предприятия, имеющие отделения и филиалы в различных городах региона или страны.
Транснациональные операторы (пример,Cable & Wireless, Global One, Infonet) Часто такие операторы тесно сотрудничают с национальными операторами, используя их сети доступа для доставки инфы клиентам.
22. Компьютерные сети, основанных на коммутации пакетов: основные принципы построения сетей PS, свойства и примеры таких сетей.
Коммутация пакетов - это техника коммутации абонентов, которая была специально разработана для эффективной передачи компьютерного трафика. Эксперименты по созданию первых компьютерных сетей на основе техники коммутации каналов показали, что этот вид коммутации не позволяет достичь высокой общей пропускной способности сети. Суть проблемы заключается в пульсирующем характере трафика, который генерируют типичные сетевые приложения. Например, при обращении к удаленному файловому серверу пользователь сначала просматривает содержимое каталога этого сервера, что порождает передачу небольшого объема данных. Затем он открывает требуемый файл в текстовом редакторе, и эта операция может создать достаточно интенсивный обмен данными, особенно если файл содержит объемные графические включения. После отображения нескольких страниц файла пользователь некоторое время работает с ними локально, что вообще не требует передачи данных по сети, а затем возвращает модифицированные копии страниц на сервер - и это снова порождает интенсивную передачу данных по сети.
Если для описанной сессии организовать коммутацию канала между компьютером пользователя и сервером, то большую часть времени канал будет простаивать.
При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Напомним, что сообщением называется логически завершенная порция данных - запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл, и т. п. Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до многих мегабайт. Напротив, пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт. Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения. Пакеты транспортируются в сети как независимые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итоге - узлу назначения. Пакеты одного сообщения могут ходить разными путями.
Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета. В этом случае пакет находится некоторое время в очереди пакетов в буферной памяти выходного порта, а когда до него дойдет очередь, то он передается следующему коммутатору. Такая схема передачи данных позволяет сглаживать пульсации трафика на магистральных связях между коммутаторами и тем самым использовать их наиболее эффективным образом для повышения пропускной способности сети в целом.
Сеть с коммутацией пакетов замедляет процесс взаимодействия конкретной пары абонентов (по сравнению с коммутацией каналов), так как их пакеты могут ожидать в коммутаторах, пока по магистральным связям передаются другие пакеты, пришедшие в коммутатор ранее. Однако общий объем передаваемых сетью компьютерных данных в единицу времени при технике коммутации пакетов будет выше, чем при технике коммутации каналов. Коммутаторы постоянно и достаточно равномерно загружены работой, если число обслуживаемых ими абонентов действительно велико.
Более высокая эффективность сетей с коммутацией пакетов по сравнению с сетями с коммутацией каналов (при равной пропускной способности каналов связи) была доказана в 60-е годы как экспериментально, так и с помощью имитационного моделирования. Здесь уместна аналогия с мультипрограммными операционными системами. Каждая отдельная программа в такой системе выполняется дольше, чем в однопрограммной системе, когда программе выделяется все процессорное время, пока она не завершит свое выполнение. Однако общее число программ, выполняемых за единицу времени, в мультипрограммной системе больше, чем в однопрограммной.
Т.е. Сети с коммутацией пакетов эффективно работают в том отношении, что объем передаваемых данных от всех абонентов сети в единицу времени больше, чем при использовании сети с коммутацией каналов. Однако для каждой пары абонентов пропускная способность сети может оказаться ниже, чем у сети с коммутацией каналов, за счет очередей пакетов в коммутаторах.
Размер пакета существенно влияет на производительность сети. Обычно пакеты в сетях имеют максимальный размер в 1-4 Кбайт. Слишком большой – приближает к технике коммутации каналов, а также создает пробки, а слишком маленький – куча лишней служебной информации в сумме, а также может не распознаться ошибка.
Описанный выше режим передачи пакетов между двумя конечными узлами сети предполагает независимую маршрутизацию каждого пакета. Такой режим работы сети называется дейтаграммным, и при его использовании коммутатор может изменить маршрут какого-либо пакета в зависимости от состояния сети - работоспособности каналов и других коммутаторов, длины очередей пакетов в соседних коммутаторах и т. п.
Существует и другой режим работы сети - передача пакетов по виртуальному каналу (virtual circuit или virtual channel). В этом случае перед тем, как начать передачу данных между двумя конечными узлами, должен быть установлен виртуальный канал, который представляет собой единственный маршрут, соединяющий эти конечные узлы. Виртуальный канал может быть динамическим или постоянным. Динамический виртуальный канал устанавливается при передаче в сеть специального пакета - запроса на установление соединения. Этот пакет проходит через коммутаторы и «прокладывает» виртуальный канал. Это означает, что коммутаторы запоминают маршрут для данного соединения и при поступлении последующих пакетов данного соединения отправляют их всегда по проложенному маршруту. Постоянные виртуальные каналы создаются администраторами сети путем ручной настройки коммутаторов.
У пакета: заголовок, данные, footer (где может быть контрольная сумма).
По ISO каждый пакет называется PDU – protocol data unit.
Механизм маршрутизации – на каждом этапе решается вопрос «куда дальше», какому коммутатору => задержки.
Маршрутизаторы принимают умные решения, а switch’и передают просто «на лету». Лучше работает в LAN.
Каждый этап пути пакета – HOP. Трасса прокладывается не обязательно по наименьшему числу хопов. Иногда по оптимальному по качеству или без пробок который.
23. Два типа компьютерных сетей с коммутацией пакетов, характеризуемые их способностью/не способностью поддерживать соединение: сети CONS и CLNS, их сопоставление.
CONS - connection oriented network service
CLNS - connectionless network service
Соединение можно установить на одном из любых семи слоёв модели ISO/OSI
на ур. среды - соединение кабелем точки А и точки Б. А можем не устанавливать! Вуухуу!
на физ . ур. - передача сигнала там типа йоу
на канальном ур. - локальная сеть или связь точка-точка. в точка-точка, само собой, есть связь, а вот в локальной сети - это зависит от сети. В сети Ethernet соединение не устанавливается!!11
межсетевой слой - в сетях Х.25, созданные телфонистами, всегда есть соединение. Как работает: call-pocket пробегает до точки назначения, как бы создавая «лыжню», остальные пакеты побегут по пути колл-пакета. Но маршрутизаторам надо запоминать - скорость медленне, но всё надежно.
В интернете каждый пакет независим и идёт своим путём, никакого соединения там нет. и маршрутизаторы ничего не помнят.
транспортный - работает на конечных станциях. В инете - по протоколу UDP (user datagram protocol). Соединения нет же. А вот TCP устанавливает соединие, исп-ся тогда, когда нужна надежная связь. Например, я файл качаю.
сеансовый - ну тут нужно соединение. Видеозвонок в скайпе там.
прикладной (уровень приложения) - когда на других уровнях соединения не было, а оно нужно.
При споре CONS vs CLNS речь идет только о межсетевом слое .
Datagram - пакет, самодостаточный для доставки. DeskEfford - сеть, которая старается доставить.
CONS - дорого, управляем траффиком, качество, надежность, качество сервиса QoS (quality of service),
CLNS - дешево, плохое качество сервиса
Примеры CONS и CLNS:
СONS - железная дорога, телефон, компьютерные ести на основе телефонии (ISDN), сети ATM, FR (frame relay), SNAC (IBM), X.25
CLNS - а\м, почта, ethernet, ip(v4,v6) - интернет, decnet, novel
24. Эталонная модель ISO/OSI : ее смысл, применение, основные концепции, иерархическая структура, протоколы и интерфейсы слоев.
Как использовать ISO/OSI
Как ты уже понял, все эти протоколы вкладываются один в другой, как матрешка. Например, HTTP инкапсулируется в TCP, TCP в IP, IP в Ethernet. Ethernet кадр преобразуется в электрический сигнал и передается по кабелю, а на другом конце все распаковывается в обратной последовательности.
Как ты заметил, далеко не все протоколы точно соответствуют определенным уровням модели OSI. Это и не нужно, главное - они умеют инкапсулироваться (упаковываться) друг в друга.
Модель ISO/OSI позволяет объединить все сети мира в одну. Ведь в IP можно инкапсулировать X.25. А в X.25 можно инкапсулировать IP. То есть мы можем инкапсулировать все что угодно во все что угодно, практически на любом уровне OSI. Это называется туннелированием, то есть в сети X.25 мы прокладываем IP-туннель. Или внутри сети IP мы прокладываем телефонный туннель - IP-телефонии. Или внутри телефонной сети мы прокладываем туннель V.90 модемного соединения, который несет в себе IP-трафик.
Штука эта очень полезная, а хакеры, как всегда, используют ее во вред. Например, для обхода файрволла, на котором закрыто все, кроме почты, через почтовый протокол SMTP можно проложить туннель IP и сидеть в Интернете на халяву.
К современным файрволлам администраторы прикручивают анализаторы пакетов, которые, кроме сетевых и транспортных пакетов, тормошат пакеты прикладного уровня, пытаясь найти скрытые туннели, вирусы, порнографию.
Однако против хитрого хакера, который знает много протоколов и хорошо представляет их взаимодействие в виде модели ISO/OSI, бороться практически бесполезно. Хакер всегда выиграет, воспользовавшись тонкостями реализации очередного протокола!
25. Уровни иерархии ISO/OSI и обмен пакетами : упаковка и распаковка информации, заголовки протоколов, мультиплексирование и демультиплексирование пакетов.
Модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI)В модели OSI взаимодействие делится на семь уровней. Каждый уровень имеет дело с одним аспектом взаимодействия. Проблема взаимодействия декомпозирована на 7 частных проблем, каждая из которых может быть решена независимо от других. Каждый уровень поддерживает интерфейсы с выше- и нижележащими уровнями. Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, не касаясь приложений конечных пользователей. Приложения реализуют свои собственные протоколы взаимодействия, обращаясь к системным средствам. Приложение может взять на себя функции некоторых верхних уровней модели OSI, в таком случае, при необходимости межсетевого обмена оно обращается напрямую к системным средствам, выполняющим функции оставшихся нижних уровней модели OSI. Приложение обращается с запросом к прикладному уровню, например к файловому сервису. Программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата, в которое помещает служебную информацию (заголовок) и, возможно, передаваемые данные. Это сообщение направляется представительному уровню, который добавляет к сообщению свой заголовок и передает результат вниз и т.д. Может быть не только заголовк, но и концевик. Физический уровень передает сообщение по линиям связи. Когда сообщение по сети поступает на другую машину, оно последовательно перемещается вверх с уровня на уровень с последовательным удалением заголовков. В стандартах ISO, кроме термина "сообщение" (message) для протоколов любого уровня используется такой термин как "протокольный блок данных" - Protocol Data Unit (PDU). Кроме этого, часто используются названия кадр (frame), пакет (packet), дейтаграмма (datagram). Мультиплексирование (англ. Multiplexing ) - уплотнение канала, т. е. передача нескольких потоков (каналов) данных с меньшей скоростью (пропускной способностью) по одному каналу, при помощи мультиплексора. В связи мультиплексирование подразумевает передачу нескольких логических каналов данных одному физическому каналу (медному или оптическому кабелью, радиоканалу).
26. Среды передачи данных в эталонной модели ISO/OSI : примеры используемых физических сред передачи, электромагнитный спектр и частотные диапазоны телекоммуникационных каналов.
Уровень 0 (ур.среды передачи данных) - на самом деле не включается в схему, но полезен для понимания. Он представляет посредников, соединяющих конечные устройства: кабели, радиолинии и т. д. и только указывает на среду.
Радиоканал, инфракрасные лучи . Среда передачи. Сигналы со скоростью света. A speed in a cable ~ 200 000 km/sec.
Медная витая пара является самым дешевым видом кабелей. Неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted Pair, UTP), как правило, используется в офисных локальных сетях, расположенных в одном здании. Скорость передачи данных в такой среде варьируется от 10 Мбит/с до 1 Гбит/с и определяется толщиной провода и расстоянием между обменивающимися сторонами. Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи соединителя 8P8C. (8 Position 8 Contact) - это унифицированный разъём, который используется в телекоммуникациях и имеет 8 контактов и защёлку, немного бо́льшим, чем телефонный соединитель.
Коаксиальный кабель , как и витая пара , состоит из двух медных проводников , однако эти проводники, в отличие от витой пары, расположены не параллельно , а концентрически (коаксиально). С применением особых видов изоляции и экранирования коаксиальный кабель позволяет добиться более высоких скоростей передачи данных, чем витая пара.
Оптоволоконная среда передачи представляет собой тонкий и гибкий кабель , внутри которого распространяются световые импульсы , несущие информацию о передаваемых битах. Даже простой оптоволоконный кабель способен передавать данные на огромных скоростях в десятки и даже сотни гигабит в секунду. Оптоволоконные линии не подвержены электрическим наводкам, имеют очень низкий уровень ослабления сигнала на единицу протяженности и обладают значительной устойчивостью к механическим воздействиям. Передача информации на большие расстояния, особенно для международных и межконтинентальных коммуникаций .
Малое затухание сигнала позволяет передавать информацию на значительно большее расстояние без использования усилителей. Усилители в ВОЛП могут ставиться через 40, 80 и 120 километров, в зависимости от класса оконечного оборудования.
Относительная хрупкость оптического волокна. При сильном изгибании кабеля (особенно, если в качестве силового элемента используется стеклопластиковый пруток) возможна поломка волокон или их замутнение из-за возникновения микротрещин.
27. Физический уровень эталонной модели ISO/OSI : смысл физического уровня, сетевые элементы, действующие на физическом уровне (преобразователи, повторители, концентраторы, мультиплексоры, демультиплексоры).
Физический уровень получает пакеты данных от вышележащего канального уровня и преобразует их в оптические или электрические сигналы, соответствующие 0 и 1 бинарного потока. Эти сигналы посылаются через среду передачи на приемный узел. Механические и электрические/оптические свойства среды передачи определяются на физическом уровне и включаютя:
· Тип кабелей и разъемов
· Разводку контактов в разъемах
· Схему кодирования сигналов для значений 0 и 1
К числу наиболее распространенных спецификаций физического уровня относятся:
· EIA-RS-232-C, CCITT V.24/V.28 - механические/электрические характеристики несбалансированного последовательного интерфейса.
· EIA-RS-422/449, CCITT V.10 - механические, электрические и оптические характеристики сбалансированного последовательного интерфейса.
· IEEE 802.3 -- Ethernet
· IEEE 802.5 -- Token ring
определяет стандарт на связь между ЭВМ и сетевыми коммутаторами (X.21), а также на процедуры обмена пакетами между ЭВМ. X.21 характеризует некоторые аспекты построения общественных сетей передачи данных. Следует учитывать, что стандарт X.25 появился раньше рекомендаций ITU-T и опыт его применения был учтен при составлении новейших рекомендаций. На физическом уровне могут использоваться также протоколы X.21bis, RS232 или V.35.
Правильнее называть этот уровень механически-электрическим. На этом уровне живут типы проводов, типы разъемов, уровни напряжения, сигналы, модуляции. На практике ты идешь покупать себе внешний модем. Модем нужно выбрать с евророзеткой под телефонный кабель, с разъемом под компорт на 25 штырьков или на 9 штырьков, либо USB или PCI. Ты подбираешь параметры физического уровня ISO/OSI. Дальше ты должен выбрать модем с хорошим набором физических протоколов, например, V.34, V.90, V.95, K56flex. Эти протоколы отвечают за сигналы, чем круче закодированы сигналы, тем быстрее модем передает инфу. Кроме обычного телефонного модема, бывают модемы кабельные, спутниковые, радиомодемы и модемы выделенных линий, все это особенности физического уровня.
Допустим, тебя достал твой модем, и ты решил строить домашнюю сеть. Что ты выберешь: коаксиальный кабель, витую пару или, может быть, оптоволокно? Или все вместе? Мы опять выбираем оборудование физического уровня: кабели, разъемы, повторители, концентраторы. От выбора физического оборудования зависит пропускная способность твоей сети: 10 мегабит в секунду, 100 мбит/сек или 1 Гигабит.
Один из способов обхода файрволла - подсоединение к чужому кабелю или подключение своего модема к одному из компов вражеской сети. Для этого хакеру нужно знать, что творится на физическом уровне!
28. Канальный уровень эталонной модели ISO/OS : MTU , величины MTU в различных сетях., канальный уровень для связей “точка-точка”, примеры протоколов P2P .
пакеты канального уровня, сетевые элементы, действующие на канальном уровне, понятие MTU , величины MTU в различных сетях. Канальный уровень для связей “точка-точка”, примеры протоколов P2P .
Канальный уровень определяет то, как информация передается от ЭВМ к пакетному коммутатору (HDLC - high data link communication, бит-ориентированная процедура управления), на этом уровне исправляются ошибки, возникающие на физическом уровне.
Канальный уровень обеспечивает создание, передачу и прием кадров данных. Этот уровень обслуживает запросы сетевого уровня и использует сервис физического уровня для приема и передачи пакетов. Спецификации IEEE 802.x делят канальный уровень на два подуровня: управление логическим каналом (LLC) и управление доступом к среде (MAC). LLC обеспечивает обслуживание сетевого уровня, а подуровень MAC регулирует доступ к разделяемой физической среде.
Наиболее часто используемые на уровне 2 протоколы включают:
· HDLC для последовательных соединений
· IEEE 802.2 LLC (тип I и тип II) обеспечивают MAC для сред 802.x
Канальный уровень отвечает за связь между двумя устройствами, подключенными к одной физической среде, фактически к одному шнуру. Канальный уровень должен с помощью последовательности электрических сигналов физического уровня доставить информацию.
Допустим, на одном коаксиальном кабеле у тебя висят три компа, у каждого по сетевой карте. Каждая сетевая карта имеет свой адрес доступа к среде (MAC - Media Access Control). Этот адрес для многих карт прошивают на заводе, а для некоторых можно запрограммировать самостоятельно. По этому адресу карточки, подключенные к одному шнуру (к одной среде), могут обнаружить друг друга. Кроме того, чтобы нормально обмениваться данными, им нужно исправлять ошибки и запрашивать недошедшие данные. Эти задачи и решает протокол канального уровня.
Если ты строишь локальную сеть, то частично за адресацию и контроль ошибок отвечает сам стандарт твоей сети. Стандарты Ethernet, Token Ring, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet и другие включают в себя описание физического и канального уровней.
Чтобы устройства могли общаться на канальном уровне, нужно, чтобы все они были подключены к одному кабелю и использовали один стандарт!
Что же делать, если у тебя в локальной сети сотня компов? Они же будут мешать друг другу! Если один компьютер занял провод, то остальные передавать не могут! А если пытаются, то начинаются глюки и передавать не может никто! Для того чтобы разбить провод на сегменты, используют коммутаторы и мосты. Они пропускают сквозь себя только те кадры, адрес которых лежит в другом сегменте. Поэтому компьютер при передаче информации занимает не весь шнур, а только один сегмент. Коммутатор (switch - переключатель) это мост с большим количеством портов. Мост (bridge) - это коммутатор с двумя портами. Один мост делит сеть только на два сегмента, а коммутатор на несколько, вот и все различия.
Если провод один, а по нему хотят передавать компьютерные данные, к нему же хотят подсоединить телефон, сигнализацию, систему видеонаблюдения и телевизор, то используют мультиплексор. Мультиплексор может упаковать несколько разных протоколов в один протокол канального уровня.
У современных модемов тоже есть некоторые свойства канального уровня, это протоколы коррекции ошибок и сжатия данных, такие как V.42, V.42bis, MNP.
Даже если ты подключишь два компа через COM-порты напрямую, то они будут использовать протокол канального уровня для коррекции ошибок и управления скоростью связи.
29. Подуровни канального уровня : LLC , управление доступом к среде MAC , локальные (MAC) адреса, общие принципы метода доступа CSMA/CD.
подуровень управления доступом к среде (MAC) , локальные (MAC) адреса, общие принципы метода CSMA/CD.
Почти все протоколы канального уровня основаны на SDLC (стандартный канальный протокол ISO), есть много модификаций и разновидностей: HDLC, Frame Relay, Lap-B, LLC.
Хакеры хорошо разбираются в тонкостях канального уровня. Если хакеру удалось подключиться к одному сегменту с администратором, то можно подслушать его пароли и MAC-адрес, чтобы ломануть сервер. Ведь компьютеры принимают всю инфу, которая идет по проводу, и только после этого выбирают адресованные им кадры по MAC-адресу. Так что есть возможность читать чужие сообщения и отправлять их от чужого имени!
Современные файрволлы умеют работать с MAC-адресами. Поэтому, если хакер занимается вредительством в локальной сети, IP-адрес подделать недостаточно! Ведь вредителя могут найти по MAC-адресу его сетевой карты. Даже если негодник украл пароль администратора, то правильно настроенный файрволл не пустит его на сервер с неправильным MAC-адресом.
MAC (media access contról) - подуровень управления доступом к среде. MAC-адреса обычно всегда содержат 6 байтов (это важно помнить!). зачем так много? большая половина адреса уходит на идентификатор фирмы-производителя. Заголовок - 14 байтов. Это то, как конкретный комп может передавать свои кадры.
Сontrol - это управление, а не контроль.
LLC - локальный адрес (802.2 - общие вопросы для всех LAN)
CSMA/CD - идет прослушивание. Если свободно - пакет передается. Если нет - backoff, ели снова нет, то *2.
Сетевые элементы канального уровня:
Bridges – фильтры. Пропускают либо не пропускают кадры. У каждого моста есть своя таблица адресов. Если в списке есть адрес, то пропускает кадр дальше. Bridge двусторонний.
Switches - усовершенствованный Bridge. (=коммутатор, свич, переключатель). Многопортовый. На лету пересылает пакет. Большая скорость работы.
P2P comm devices
NICs (Network interface card) - работает на конкретном компе. Сетевая карта - на 2-ух каналах: канальном и физическом. Сетевая карта частично аппаратная, частично программная(драйвер)