Teknologian jakaminen

2.5 Tietokoneverkko

2024-07-12

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Vastuuvapauslauseke: Artikkeli viittaa "Järjestelmän arkkitehtiTutorial (Second Edition)", jos rikkomuksia ilmenee, muokkaan ja poistan sen välittömästi.

Järjestelmä, joka käyttää viestintälinjoja yhdistääkseen maantieteellisesti hajallaan olevia tietokonejärjestelmiä ja viestintälaitteita, joilla on itsenäisiä toimintoja eri muodoissa, ja luottaa verkkoohjelmistoihin ja tietoliikenneprotokolliin resurssien jakamisen ja tiedonsiirron toteuttamiseksi.

1. Verkon peruskäsitteet

1. Kehittäminen

(1) Syntymä

1960-luvulla tiedon välittämiseen käytettiin etäverkkojärjestelmää, joka oli keskitetty yhteen tietokoneeseen.

(2) Muodostuminen

1960- ja 1970-luvuilla useita isäntiä yhdistettiin toisiinsa viestintälinjojen avulla resurssien jakamiseksi toistensa kanssa.

(3) Yhteenliittäminen

1970-luvun lopulta 1990-luvulle oli avoin ja standardoitu verkko, jolla oli yhtenäinen verkkoarkkitehtuuri ja kansainvälisten standardien mukainen. Tämä ajanjakso tuotti kaksi tärkeää arkkitehtuuria: TCP/IP-arkkitehtuuri ja Kansainvälisen standardointijärjestön OSI-arkkitehtuuri.

(4) Nopea kehitys

1990-luvulta nykypäivään lähiverkot ovat kypsyneet, valokuitu- ja suurnopeusverkkoteknologiat ovat tulleet esiin ja Internetin edustama Internet on kehittynyt.

2. Toiminto

(1) Tietoliikenne (päätoiminnot)

Viestintämenetelmä, joka käyttää tiedonsiirtotekniikkaa tiedon siirtämiseen kahden viestintäsolmun välillä tietyn viestintäprotokollan mukaisesti. Siirrettävä tieto ilmaistaan ​​binääridatan muodossa. Ominaisuudet: Yhdistetty telematiikkaan.

PS: Kolme suurta viestintäyritystä: lennätin, puhelin ja tietokoneverkko

(2) Resurssien jakaminen (päätarkoitus)

Laitteistoresurssien, ohjelmistoresurssien ja tietoresurssien jakaminen

(3) Keskitetty hallinto

MIS

(4) Toteuttaa hajautettu käsittely

Suuret tehtävät jaetaan pieniin tehtäviin, jotka käsitellään eri tietokoneilla ja ratkaistaan ​​sitten keskitetysti.

(5) Kuormituksen tasapainotus

Viittaa työmäärän jakautumiseen tasaisesti jokaiselle verkon tietokonejärjestelmälle. Verkkokeskus vastaa jakelusta ja valvonnasta Kun tietty tietokone on ylikuormitettu, järjestelmä siirtyy automaattisesti kevyempään tietokonejärjestelmään.

3. Asiaankuuluvat indikaattorit

(1) Suorituskykyindikaattorit

  • Nopeus (tiedonsiirtonopeus/bittinopeus, yksi tärkeimmistä suoritusindikaattoreista, yksikkö b/s (bittiä sekunnissa))

Nopeus, jolla tietokoneverkkoon kytketty isäntä tai viestintälaite lähettää dataa digitaalisen kanavan kautta.

  • Kaistanleveys (kaksi merkitystä)

1) Viittaa signaalin kanavan leveyteen. Signaalin kaistanleveys edustaa signaaliin sisältyvien eri taajuuskomponenttien valtaamaa taajuusaluetta. Yksikkö on hertsi (kilohertsi, megahertsi, gigahertsi jne.)

2) Tietokoneverkko: Kaistanleveys edustaa verkon tietoliikennelinjojen kykyä siirtää tietoa. Verkon kaistanleveys edustaa "suurinta tiedonsiirtonopeutta", joka voi siirtyä yhdestä solmusta toiseen verkon solmuun aikayksikköä kohti. Yksikkö: bittiä sekunnissa, b/s

  • Läpäisykyky

Tietyn verkon (tai kanavan, rajapinnan) kautta kulkevan tiedon määrä aikayksikköä kohti. Rajoitettu verkon kaistanleveyden tai verkon nimellisnopeuden mukaan.

Joskus suoritusteho voidaan ilmaista myös sekunnissa siirretyinä tavuina tai kehyksinä.

  • Latenssi (viive/viive, tärkeä suorituskyvyn osoitin)

Aika, joka kuluu datan (viestin, paketin tai jopa bitin) siirtymiseen verkon (linkin) päästä toiseen.

Se jaetaan: lähetysviive, etenemisviive, käsittelyviive, jonotusviive jne.

  • Meno-paluuaika (RTT, tärkeä suorituskykymittari)

Aika, joka on kulunut lähettäjän tiedon lähettämisestä siihen asti, kun lähettäjä saa vahvistuksen vastaanottajalta (vastaanottaja lähettää vahvistuksen välittömästi tietojen vastaanottamisen jälkeen).

  • Käyttö

Kanavan käyttöaste: todennäköisyys, että kanavaa käytetään (data kulkee), ilmaistuna prosentteina. Täysin tyhjä kanavan käyttöaste on nolla.

Verkon käyttöaste: Koko verkon kanavakäytön painotettu keskiarvo.

(2) Suorituskyvyttömyysindikaattorit

  • kustannus
  • laatu
  • standardointi
  • luotettavuus
  • Skaalautuvuus ja päivitettävyys
  • Helppo hallinta ja ylläpito

4. Sovellusnäkymät

Maailman toiseksi suurin verkko Global Telephone Networkin jälkeen

2. Viestintätekniikka (tietokoneverkon perusteet)

1. Kanava

Tiedonsiirto: Prosessi, jossa lähde ja nielu lähettävät ja vastaanottavat tietoa kanavan kautta.

(1) Luokitus

(2) Tiedonsiirron käsittelyprosessi

1) Kanava on tiedonsiirtokanava

2) Lähetin vastaanottaa lähteen lähettämän tiedon, koodaa ja moduloi sen, muuntaa tiedon kanavalla lähetettäväksi sopivaksi signaaliksi ja lähettää sen kanavalle.

3) Vastaanotin on vastuussa tiedon vastaanottamisesta kanavalta, sen demoduloinnista ja dekoodauksesta sekä tiedon palauttamisesta isännälle. Kaikkia taajuussignaaleja ei voida lähettää kanavan kautta. Taajuusalueen koko on kanavan kaistanleveys.

(3) Shannonin kaava

Laske kanavan kapasiteetti: kanavan suurin lähetysnopeus

C=B*log2(1+S/N)

C: Kanavan kapasiteetti, b/s

B: signaalin kaistanleveys, Hz

S: signaalin keskimääräinen teho, W

N: keskimääräinen meluteho, W

S/N: signaali-kohinasuhde, dB (desibeli)

Kanavan kapasiteetin lisäämiseksi voit käyttää suurempaa kaistanleveyttä signaali-kohinasuhteen vähentämiseen tai pienempää kaistanleveyttä signaali-kohinasuhteen lisäämiseen.

2. Signaalin muunnos

Lähettimen signaalinkäsittely: lähdekoodaus, kanavakoodaus, lomittelu, pulssin muotoilu, modulointi.

Vastaanottimen signaalinkäsittely: demodulointi, näytteenottopäätös, lomituksen purku, kanavadekoodaus, lähteen dekoodaus.

(1) Lähdekoodaus

Analoginen signaali-analogi-digitaalimuunnos-pakkauskoodaus (poistaa redundantin tiedon)-digitaalinen signaali

(2) Kanavakoodaus

Lisäämällä ylimääräistä tietoa virheiden havaitsemista ja korjaamista varten vastaanottopäässä.

(3) Kutominen

Jatkuvien bittivirheiden aiheuttamien kanavadekoodausvirheiden ongelman ratkaisemiseksi lomitus häiritsee datan järjestystä kanavakoodauksen jälkeen tiettyjen sääntöjen mukaisesti. Vastaanottava pää palauttaa datajärjestyksen lomituksella ennen dekoodausta.

(4) Pulssin muodostus

Kaistanleveysvaatimusten vähentämiseksi lähetetty data muunnetaan sopivaksi aaltomuodoksi.

(5) Modulaatio

Prosessi tiedon siirtämiseksi suurtaajuiseen kantoaaltosignaaliin, joka täyttää signaalivaatimukset.

3. Käytä teknologiaa uudelleen

Useiden datakanavien samanaikainen lähettäminen vaatii multipleksointi- ja monipääsytekniikoiden käyttöä.

Viittaa tekniikkaan, jolla lähetetään useita datakanavia samanaikaisesti yhdellä kanavalla.

(1) TDM-aikajakomultipleksointi

(2) FDM-taajuusjakokanavointi

(3) CMD-koodijakokanavointi

4. Monikäyttötekniikka

Tekniikka, joka siirtää useiden käyttäjien tietoja samanaikaisesti yhdellä linjalla ja erottaa useiden käyttäjien tiedot vastaanottavassa päässä.

(1) TDMA-aikajakomonipääsy

(2) FDMA Frequency Division Multiple Access

(3) CMDA-koodijakomonipääsy

5. 5G-viestintäverkon ominaisuudet

3. Verkkotekniikka

1. Lähiverkko (LAN)

Tietokoneryhmä (eli viestintäverkko), joka yhdistää useita tietokoneita siirtovälineiden kautta rajoitetulla maantieteellisellä alueella. LAN on suljettu.

(1) Verkkotopologia

  • tähtirakenne

Kun keskussolmu (ohjauskeskus) otetaan keskukseksi, se on yhdistetty keskustaan ​​yhdyslinjojen kautta. Solmun lähettämän tiedon tulee kulkea keskussolmun kautta.

Edut: nopea siirtonopeus (viestintä kahden solmun välillä kestää vain kaksi vaihetta), yksinkertainen verkkorakenne, helppo verkon rakentaminen ja helppo ohjaus ja hallinta

Haitat: alhainen luotettavuus, huono verkon jakamiskyky, kun keskussolmu on halvaantunut, koko verkko on halvaantunut

  • Puurakenne (hierarkkinen keskitetty verkko)

Ominaisuudet: Alhaiset verkkokustannukset ja yksinkertainen rakenne. Kahden solmun välillä ei ole silmukkaa, jokainen linkki tukee kaksisuuntaista siirtoa, ja solmun laajentaminen on kätevää ja joustavaa, joten linkin polun tarkastaminen on helppoa.

Haitat: Mikä tahansa ei-lehtisolmulinkin vika vaikuttaa koko verkkojärjestelmään.

  • linja-auton rakenne

Jokainen solmulaite on kytketty väylään. Kaikki solmulaitteet lähettävät tietoa väylän kautta.

Väylävika vaikuttaa kunkin solmun tiedonsiirtoon.

  • rengasrakenne

Jokainen solmu on yhdistetty päistä päähän yhdistetyn viestintälinkin kautta, mikä muodostaa suljetun silmukan.

Jokaisen laitteen tila on sama ja tieto kulkee yhteen suuntaan kiinteän suunnan mukaan.

Mikä tahansa solmuvika johtaa fyysiseen halvaantumiseen, mikä ei edistä laajentumista. Järjestelmän vasteviive on pitkä ja tiedonsiirron tehokkuus on alhainen.

  • ruudukko

Kaikkien solmujen välillä on yhteys. Minkään solmun vika ei vaikuta muihin solmuihin.

Hankala johdotus, korkeat rakennuskustannukset ja monimutkaiset ohjausmenetelmät

(2) Ethernet-tekniikka (yleisin LAN-tekniikka)

  • Ethernet-kehysrakenne

Ethernet-kehys: Datapaketti Ethernet-linkillä, rakenne on seuraava:

DMACSMACPituus/TyyppiDATA/PADFCS

DMAC: kohdepäätteen MAC-osoite

SMAC: lähde MAC-osoite

Pituus/tyyppi: 2 tavua, arvo on suurempi kuin 1500, datakehyksen tyyppi alle 1500 edustaa pituutta

DATA/PAD: tietyt tiedot, vähintään 64 tavua (alle 64 tavua, tarvitaan lisäsisältöä)

FCS: Kehyksen tarkistuskenttä

  • Kehyksen vähimmäispituus (64 tavua)

Tarkoitus/syy: Välttääkseen sellaisen solmun lähettämisen, joka on lähettänyt datapaketin viimeisen bitin, mutta ensimmäistä bittiä ei ole vielä lähetetty kauempana olevaan solmuun. Tiedot lähetetään virheellisesti luullen, että linja on vapaa, mikä johtaa tiedon lähetysristiriitaan linkissä.

  • Suurin lähetysetäisyys

Ei tiukkoja rajoituksia, mutta siihen vaikuttavat linjan laatu, signaalin vaimennus jne.

  • virtauksen ohjaus

Toiminto: Estää kehyksen katoamisen, kun laite on tukossa.

2. Langaton LAN (WLAN)

(1) WLAN-topologia

  • Pisteestä pisteeseen
  • HUB tyyppi

Se koostuu keskussolmusta (HUB) ja useista oheissolmuista. Keskitetysti ohjattu viestintä.

  • Täysin jaettu

Ei erityistä sovellusta.

3. WAN (Wide Area Network)

kaupunkien, maiden tai maiden välillä

Suuralueverkko koostuu viestintäaliverkosta (joka koostuu viestintäsolmulaitteista ja näitä laitteita yhdistävistä linkeistä) tai resurssialiverkosta (kokoelma laitteita ja niiden ohjelmistoja, jotka toteuttavat resurssien jakamistoimintoja verkossa)

(1) Liittyvät tekniikat

(2) Ominaisuudet

1) Tietoliikennepalveluihin suuntautunut, joka tukee käyttäjiä käyttämään tietokoneita tietojen vaihtamiseen pitkien matkojen päähän;

2) Laajalla peitolla, pitkällä viestintäetäisyydellä ja laajalla alueella ei ole kiinteää topologiaa

3) Tietoliikenneosasto tai yritys vastaa komponenteista, hallinnasta ja ylläpidosta sekä tarjoaa viestintäsuuntautuneita maksullisia palveluita koko yhteiskunnalle.

(3) Luokitus

  • julkinen siirtoverkko
  • Erillinen siirtoverkko
  • langaton tiedonsiirtoverkko

4. Metropolitan Area Network (MAN)

Yhden kaupungin perustama verkosto

3 tasoa: ydinkerros, yhdistämiskerros ja pääsykerros

5. Matkaviestinverkko

4. Verkkotekniikka

1. Verkkolaitteet ja niiden toimintataso

(1) Napa

Yksinkertaisimmassa verkkolaitteistossa yhdestä portista vastaanotettu data välitetään kaikkiin muihin portteihin riippumatta siitä, onko porttiin kytketty järjestelmä valmis vai ei. Yksi portti on nimetty uplink-portiksi, ja sitä voidaan käyttää yhteyden muodostamiseen muihin keskittimiin tai reitityslaitteisiin.

(2) Toistin

LAN-liitäntälaitteet sijaitsevat OSI-järjestelmän fyysisessä kerroksessa.

(3) Verkkosilta

OSI-järjestelmän tietolinkkikerros.

(4) Kytkin

OSI:n datalinkkikerros. Tarjoa eksklusiivinen edelleenlähetyskanava kahdelle kytkintä käyttäville verkkosolmuille. Siinä on automaattiset osoitus- ja vaihtotoiminnot, mahdollisuus välttää porttiristiriidat ja parantaa verkon suorituskykyä.

(5) Reititin

OSI:n verkkokerros. Yleensä käytetään WAN- tai WAN- ja LAN-liitäntöihin.

(6) Palomuuri

Laitteistopalomuuri: Palomuuriohjelma on sisäänrakennettu siruun.

2. Verkkoprotokolla

(1) Avointen järjestelmien yhteenliittämismalli (OSI/RM)

Matalalta tasolta korkealle: fyysinen kerros, tietolinkkikerros, verkkokerros, siirtokerros, istuntokerros, esityskerros ja sovelluskerros

Sopimukset tarjotaan samojen kerrosten välillä, ja palvelut tarjoavat ylempi ja alempi kerros.

(2) OSI-protokollasarja

(3) TCP/IP-protokollasarja

TCP/IP-protokollaperhe: Internet Protocol IP, Transmission Control Protocol TCP, User Datagram Protocol UDP, Virtual Terminal Protocol TELNET, Tiedostonsiirtoprotokolla FTP, Sähköpostin siirtoprotokolla SMTP, Online-uutisten siirtoprotokolla NNTP, Hypertext Transfer Protocol HTTP

(4) ISO/OSI-mallin ja TCP/IP-mallin vertailu

ISO/OSI malliTCP/IP malli
SovelluskerrosSovelluskerros
esityskerros
istuntotaso
kuljetuskerroskuljetuskerros
VerkkokerrosInternet-kerros
tietolinkkikerrosverkkoliitäntäkerros
fyysinen kerroslaitteistokerros

3. Vaihtotekniikka

(1) Kytkintoiminto

Line kerääminen toiminto;

(2) Vaihdon perusperiaate

Kytkin on MAC-osoitteen tunnistamiseen perustuva verkkolaite, joka voi täydentää datapakettien kapseloinnin ja välittämisen.

Edelleenlähetyspolun tiedonsiirto;

(3)Vaihda protokollaa

Spanning Tree Protocol (STP): Linkin silmukkaongelmien ratkaiseminen

4. Reititystekniikka

(1) Reititysperiaate

Vastaanota verkkoliitännästä peräisin oleva datapaketti ja määritä seuraava edelleen lähetettävä osoite datagrammin kohdeosoitteen perusteella.

(2) Reititinprotokolla

Reititysprotokolla: Protokolla, joka määrittää kuinka datapaketit välitetään.

Luokittelu:

  • Interior Gateway Protocol TGP

Reititysprotokolla, joka toimii autonomisessa järjestelmässä AS

  • Exterior Gateway Protocol EGP

Reititysprotokolla AS:iden välillä

5. Verkkosuunnittelu

1. Verkon suunnittelu

Sisältää: verkon kysyntäanalyysi, toteutettavuusanalyysi, olemassa olevan verkon analyysi (olemassa olevaa verkkoa optimoitaessa ja päivitettäessä)

2. Verkon suunnittelu

Suunnittele ratkaisu, joka ratkaisee käyttäjän ongelman. Sisältää: verkon yleisten tavoitteiden määrittäminen, yleisten suunnitteluperiaatteiden määrittäminen, viestinnän aliverkon suunnittelu, laitteiden valinta, verkon suojaussuunnittelu jne.

3. Verkon toteutus

Sisältää: projektin toteutussuunnitelma, verkkosuunnittelun hyväksyminen, laitteiden asennus ja virheenkorjaus, järjestelmän kokeilukäyttö ja vaihto, käyttäjäkoulutus jne.