Локальная сеть: Общие правила построения сети и ее основные компоненты. Принципы построения и классификация вычислительных сетей

Тема 1 Общие принципы построения сетей. Требования, предъявляемые к современным сетям

Концепции построения сети

Самая простая сеть (network) состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем. Это позволяет им использовать данные совместно. Все сети (независимо от сложности) основываются именно на этом простом принципе.

Рис. 1.1. Автономная среда

Сетью называется группа соединенных компьютеров и других устройств. А концепция соединенных и совместно использующих ресурсы компьютеров носит название сетевого взаимодействия

.

Рис. 1.2. Простая сеть

Компьютеры, входящие в сеть, могут совместно использовать:

• принтеры;

  факсимильные аппараты;

• другие устройства.

Данный список постоянно пополняется, так как возникают новые способы совместного использования ресурсов.

Локальные вычислительные сети

Первоначально компьютерные сети были небольшими и объединяли до десяти компьютеров и один принтер. Технология ограничивала размеры сети, в том числе количество компьютеров в сети и ее физическую длину. Например, в начале 1980-х годов наиболее популярный тип сетей состоял не более чем из 30 компьютеров, а длина ее кабеля не превышала 185 м (600 футов). Такие сети легко располагались в пределах одного этажа здания или небольшой организации. Для маленьких фирм подобная конфигурация подходит и сегодня. Эти сети называются локальными вычислительными сетями [ЛВС (LAN)].

Расширение компьютерных сетей.

Самые первые типы локальных сетей не могли соответствовать потребностям крупных предприятий, офисы которых обычно расположены в различных местах. Но как только преимущества компьютерных сетей стали неоспоримы и сетевые программные продукты начали заполнять рынок, перед корпорациями - для сохранения конкурентоспособности - встала задача расширения сетей. Так на основе локальных сетей возникли более крупные системы.

Сегодня, когда географические рамки сетей раздвигаются, чтобы соединить пользователей из разных городов и государств, ЛВС превращаются в глобальную вычислительную сеть [ГВС (WAN)], а количество компьютеров в сети уже может варьироваться от десятка до нескольких тысяч.

В настоящее время большинство организаций хранит и совместно использует в сетевой среде огромные объемы жизненно важных данных. Вот почему сети сейчас так же необходимы, как еще совсем недавно были необходимы пишущие машинки и картотеки.

Назначение компьютерной сети

Основное назначение компьютерных сетей - совместное использование ресурсов и осуществление интерактивной связи как внутри одной фирмы, так и за ее пределами. Ресурсы (resources) - это данные, приложения и периферийные устройства, такие, как внешний дисковод, принтер, мышь, модем или джойстик. Понятие интерактивной связи компьютеров подразумевает обмен сообщениями в реальном режиме времени.

Принтеры и другие периферийные устройства

До появления компьютерных сетей каждый пользователь должен был иметь свой принтер, плоттер и другие периферийные устройства. Чтобы совместно использовать принтер, существовал единственный способ - пересесть за компьютер, подключенный к этому принтеру.

Теперь сети позволяют целому ряду пользователей одновременно «владеть» данными и периферийными устройствами. Если нескольким пользователям надо распечатать документ, все они могут обратиться к сетевому принтеру.

Рис. 1.4. Совместное использование принтера в сетевой среде

Данные

До появления компьютерных сетей люди обменивались информацией примерно так:

передавали информацию устно (устная речь);

писали записки или письма (письменная речь);

записывали информацию на дискету, несли дискету к другому компьютеру и копиро-вали в него данные.

Компьютерные сети упрощают этот процесс, предоставляя пользователям доступ почти к любым типам данных.

Приложения

Сети создают отличные условия для унификации приложений (например, текстового процессора). Это значит, что на всех компьютерах в сети выполняются приложения одного типа и одной версии. Использование единого приложения поможет упростить поддержку всей сети. Действительно, проще изучить одно приложение, чем пытаться освоить сразу четыре или пять. Удобнее также иметь дело с одной версией приложения и настраивать компьютеры одинаковым образом.

Другая привлекательная сторона сетей - наличие программ электронной почты и планирования рабочего дня. Благодаря им, управляющие крупных предприятий быстро и эффективно взаимодействуют с многочисленным штатом своих сотрудников или партнеров по бизнесу, а планирование и корректировка деятельности всей компании осуществляется с гораздо меньшими усилиями, чем прежде.

Использование компьютерных сетей сулит множество преимуществ, в частности:

снижение затрат благодаря совместному использованию данных и периферийных устройств;

стандартизацию приложений;

своевременное получение данных;

более эффективное взаимодействие и планирование рабочего времени.

В настоящее время компьютерные сети выходят за пределы ЛВС и вырастают в глобальные компьютерные сети (ГВС), охватывая целые страны и континенты.

Типы сетей

Все сети имеют некоторые общие компоненты, функции и характеристики. В их числе:

серверы (server) - компьютеры, предоставляющие свои ресурсы сетевым пользователям;

клиенты (client) - компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым сервером;

среда (media) - способ соединения компьютеров;

совместно используемые данные - файлы, предоставляемые серверами по сети;

совместно используемые периферийные устройства, например принтеры, библиотеки CD-ROM и т.д., - ресурсы, предоставляемые серверами;

ресурсы - файлы, принтеры и другие элементы, используемые в сети

Рис. 1.6. Типичные элементы сети

Несмотря на определенные сходства, сети разделяются на два типа:

одноранговые (peer-to-peer);

на основе сервера (server based).

Рис. 1.7. Простейшие примеры обоих типов сетей

Различия между одноранговыми сетями и сетями на основе сервера имеют принципиальное значение, поскольку определяют разные возможности этих сетей. Выбор типа сети зависит от многих факторов:

размера предприятия;

необходимого уровня безопасности;

вида бизнеса;

уровня доступности административной поддержки;

объема сетевого трафика;

потребностей сетевых пользователей;

финансовых затрат

Одноранговые сети

В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного (dedicated) сервера. Как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер; иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать общедоступными по сети.

Размеры

Одноранговые сети называют также рабочими группами. Рабочая группа - это небольшой коллектив, поэтому в одноранговых сетях чаще всего не более 10 компьютеров.

Стоимость

Одноранговые сети относительно просты. Поскольку каждый компьютер является одновременно и клиентом, и сервером, нет необходимости в мощном центральном сервере или в других компонентах, обязательных для более сложных сетей. Одноранговые сети обычно дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных (и более дорогих) компьютеров.

Операционные системы

В одноранговой сети требования к производительности и к уровню защиты для сетевого программного обеспечения, как правило, ниже, чем в сетях с выделенным сервером. Выделенные серверы функционируют исключительно в качестве серверов, но не клиентов или рабочих станций (workstation). О них мы еще поговорим подробнее на этом занятии, но чуть позже.

В такие операционные системы, как Microsoft Windows NT Workstation, Microsoft Windows for Workgroups и Microsoft Windows 95, встроена поддержка одноранговых сетей. Поэтому, чтобы установить одноранговую сеть, дополнительного программного обеспечения не требуется.

Реализация

Одноранговая сеть характеризуется рядом стандартных решений:

компьютеры расположены на рабочих столах пользователей;

пользователи сами выступают в роли администраторов и обеспечивают защиту информации;

для объединения компьютеров в сеть применяется простая кабельная система.

1. Построение распределительных логистических систем на основе маркетинговой информации

   Магистерская работа >> Маркетинг

   Сегмента, динамику ее изменения и основные требования , предъявляемые к продукции компании и товарам-заменителям. ... пятнадцать общих принципов построения рациональных организационных структур . Данные принципы должны применяться при построении ...

2. Принципы построения Единой автоматизированной информационной системы

   Реферат >> Таможенная система

   Технического обслуживания, использования современных методов и средств... учетом эргономических требований , предъявляемых конкретным... принципов построения комплекса технических средств в ЕАИС определяются требования ... объединяются в общую сеть через свои...

3. Современные операционные системы от компании Microsoft

   Реферат >> Информатика

   Для построения локальных сетей персональных... , не существует. В общем случае многие менеджеры ресурсов... степени удовлетворяют большинству требований , предъявляемых к современным ОС, обладая переносимостью... программы новые принципы организации взаимодействия...

ЛОКАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ (ЛКС)

ГЛОБАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров и более 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet, FidoNet, FREEnet и т.д. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений (факсов, E–Mail писем, электронных конференций и т.д.) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм производителей работающих под разным программным обеспечением.

Такие огромные потенциальные возможности, которые несет в себе вычислительная сеть и тот новый потенциальный подъем, который при этом испытывает информационный комплекс, а так же значительное ускорение производственного процесса не дают нам право игнорировать и не применять их на практике.

Зачастую возникает необходимость в разработке принципиального решения вопроса по организации ИВС (информационно–вычислительной сети) на базе уже существующего компьютерного парка и программного комплекса, отвечающей современным научно–техническим требованиям с учетом возрастающих потребностей и возможностью дальнейшего постепенного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений.

ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров и различных устройств, обеспечивающих информационный обмен между компьютерами в сети без использования каких-либо промежуточных носителей информации.

Все многообразие компьютерных сетей можно классифицировать по группе признаков:

1) Территориальная распространенность;

2) Ведомственная принадлежность;

3) Скорость передачи информации;

4) Тип среды передачи;

По территориальной распространенности сети могут быть локальными, глобальными, и региональными. Локальные – это сети, перекрывающие территорию не более 10 м 2 , региональные – расположенные на территории города или области, глобальные на территории государства или группы государств, например, всемирная сеть Internet.

По принадлежности различают ведомственные и государственные сети. Ведомственные принадлежат одной организации и располагаются на ее территории. Государственные сети – сети, используемые в государственных структурах.

По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные.

По типу среды передачи разделяются на сети коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные, с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне.

Компьютеры могут соединяться кабелями, образуя различную топологию сети (звездная, шинная, кольцевая и др.).

Следует различать компьютерные сети и сети терминалов (терминальные сети). Компьютерные сети связывают компьютеры, каждый из которых может работать и автономно. Терминальные сети обычно связывают мощные компьютеры (майнфреймы), а в отдельных случаях и ПК с устройствами (терминалами), которые могут быть достаточно сложны, но вне сети их работа или невозможна, или вообще теряет смысл. Например, сеть банкоматов или касс по продажи авиабилетов. Строятся они на совершенно иных, чем компьютерные сети, принципах и даже на другой вычислительной технике.

В классификации сетей существует два основных термина: LAN и WAN.

LAN (Local Area Network) – локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Термин «LAN» может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен гектаров. Зарубежные источники дают даже близкую оценку – около шести миль (10 км) в радиусе; использование высокоскоростных каналов.

WAN (Wide Area Network) – глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример WAN – сети с коммутацией пакетов (Frame Relay), через которую могут «разговаривать» между собой различные компьютерные сети.

Термин «корпоративная сеть» также используется в литературе для обозначения объединения нескольких сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических, программных и информационных принципах.

Рассмотренные выше виды сетей являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью. Глобальные сети ориентированы на обслуживание любых пользователей.

На рисунке 1, рассмотрим способы коммутации компьютеров и виды сетей.

Рисунок 1 - Способы коммутации компьютеров и виды сетей.

ЛОКАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ (ЛКС)

Классификация ЛКС

Локальные вычислительные сети подразделяются на два кардинально различающихся класса: одноранговые (одноуровневые или Peer to Peer) сети и иерархические (многоуровневые).

Одноранговые сети.

Одноранговая сеть представляет собой сеть равноправных компьютеров, каждый из которых имеет уникальное имя (имя компьютера) и обычно пароль для входа в него во время загрузки ОС. Имя и пароль входа назначаются владельцем ПК средствами ОС. Одноранговые сети могут быть организованы с помощью таких операционных систем, как LANtastic, Windows’3.11, Novell NetWare Lite. Указанные программы работают как с DOS, так и с Windows. Одноранговые сети могут быть организованы также на базе всех современных 32-разрядных операционных систем – Windows’95 OSR2, Windows NT Workstation версии, OS/2) и некоторых других.

Иерархические сети.

В иерархических локальных сетях имеется один или несколько специальных компьютеров – серверов, на которых хранится информация, совместно используемая различными пользователями.

Сервер в иерархических сетях – это постоянное хранилище разделяемых ресурсов. Сам сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии. Поэтому иерархические сети иногда называются сетями с выделенным сервером. Серверы обычно представляют собой высокопроизводительные компьютеры, возможно, с несколькими параллельно работающими процессорами, с винчестерами большой емкости, с высокоскоростной сетевой картой (100 Мбит/с и более). Компьютеры, с которых осуществляется доступ к информации на сервере, называются станциями или клиентами.

ЛКС классифицируются по назначению:

· Сети терминального обслуживания. В них включается ЭВМ и периферийное оборудование, используемое в монопольном режиме компьютером, к которому оно подключается, или быть общесетевым ресурсом.

· Сети, на базе которых построены системы управления производством и учрежденческой деятельности. Они объединяются группой стандартов МАР/ТОР. В МАР описываются стандарты, используемые в промышленности. ТОР описывают стандарты для сетей, применяемых в офисных сетях.

· Сети, которые объединяют системы автоматизации, проектирования. Рабочие станции таких сетей обычно базируются на достаточно мощных персональных ЭВМ, например фирмы Sun Microsystems.

· Сети, на базе которых построены распределенные вычислительные системы.

По классификационному признаку локальные компьютерные сети делятся на кольцевые, шинные, звездообразные, древовидные;

по признаку скорости – на низкоскоростные (до 10 Мбит/с), среднескоростные (до 100 Мбит/с), высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с);

по типу метода доступа – на случайные, пропорциональные, гибридные;

по типу физической среды передачи – на витую пару, коаксиальный или оптоволоконный кабель, инфракрасный канал, радиоканал.

Структура ЛКС

Способ соединения компьютеров называется структурой или топологией сети. Сети Ethernet могут иметь топологию «шина» и «звезда». В первом случае все компьютеры подключены к одному общему кабелю (шине), во втором - имеется специальное центральное устройство (хаб), от которого идут «лучи» к каждому компьютеру, т.е. каждый компьютер подключен к своему кабелю.

Структура типа «шина», рисунок 2(а), проще и экономичнее, так как для нее не требуется дополнительное устройство и расходуется меньше кабеля. Но она очень чувствительна к неисправностям кабельной системы. Если кабель поврежден хотя бы в одном месте, то возникают проблемы для всей сети. Место неисправности трудно обнаружить.

В этом смысле «звезда», рисунок 2(б), более устойчива. Поврежденный кабель – проблема для одного конкретного компьютера, на работе сети в целом это не сказывается. Не требуется усилий по локализации неисправности.

В сети, имеющей структуру типа «кольцо», рисунок 2(в), информация передается между станциями по кольцу с переприемом в каждом сетевом контроллере. Переприем производится через буферные накопители, выполненные на базе оперативных запоминающих устройств, поэтому при выходе их строя одного сетевого контроллера может нарушиться работа всего кольца.

Достоинство кольцевой структуры – простота реализации устройств, а недостаток – низкая надежность.

Все рассмотренные структуры – иерархические. Однако, благодаря использованию мостов, специальных устройств, объединяющих локальные сети с разной структурой, из вышеперечисленных типов структур могут быть построены сети со сложной иерархической структурой.

а) б) в)

Рисунок 2 – структура построения (а) шина, (б) кольцо, (в) звезда
Физическая среда передачи в локальных сетях

Весьма важный момент – учет факторов, влияющих на выбор физической среды передачи (кабельной системы). Среди них можно перечислить следующие:

1) Требуемая пропускная способность, скорость передачи в сети;

2) Размер сети;

3) Требуемый набор служб (передача данных, речи, мультимедиа и т.д.), который необходимо организовать.

4) Требования к уровню шумов и помехозащищенности;

5) Общая стоимость проекта, включающая покупку оборудования, монтаж и последующую эксплуатацию.

Основная среда передачи данных ЛКС – неэкранированная витая пара, коаксиальный кабель, многомодовое оптоволокно. При примерно одинаковой стоимости одномодового и многомодового оптоволокна, оконечное оборудование для одномодового значительно дороже, хотя и обеспечивает большие расстояния. Поэтому в ЛКС используют, в основном, многомодовую оптику.

Основные технологии ЛКС: Ethernet, ATM. Технологии FDDI (2 кольца), применявшаяся ранее для опорных сетей и имеющая хорошие характеристики по расстоянию, скорости и отказоустойчивости, сейчас мало используется, в основном, из-за высокой стоимости, как, впрочем, и кольцевая технология Token Ring, хотя обе они до сих пор поддерживаются на высоком уровне всеми ведущими вендорами, а в отдельных случаях (например, применение FDDI для опорной сети масштаба города, где необходима высокая отказоустойчивость и гарантированная доставка пакетов) использование этих технологий все еще может быть оправданным.

Типы ЛКС

Ethernet – изначально коллизионная технология, основанная на общей шине, к которой компьютеры подключаются и «борются» между собой за право передачи пакета. Основной протокол – CSMA/CD (множественный доступ с чувствительностью несущей и обнаружению коллизий). Дело в том, что если две станции одновременно начнут передачу, то возникает ситуация коллизии, и сеть некоторое время «ждет», пока «улягутся» переходные процессы и опять наступит «тишина». Существует еще один метод доступа – CSMA/CA (Collision Avoidance) – то же, но с исключением коллизий. Этот метод применяется в беспроводной технологии Radio Ethernet или Apple Local Talk – перед отправкой любого пакета в сети пробегает анонс о том, что сейчас будет происходить передача, и станции уже не пытаются ее инициировать.

Ethernet бывает полудуплексный (Half Duplex), по всем средам передачи: источник и приемник «говорит по очереди» (классическая коллизионная технология) и полнодуплексный (Full Duplex), когда две пары приемника и передатчика на устройствах говорят одновременно. Этот механизм работает только на витой паре (одна пара на передачу, одна пара на прием) и на оптоволокне (одна пара на передачу, одна пара на прием).

Ethernet различается по скоростям и методам кодирования для различной физической среды, а также по типу пакетов (Ethernet II, 802.3, RAW, 802.2 (LLC), SNAP).

Ethernet различается по скоростям: 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1000 Мбит/с (Гигабит). Поскольку недавно ратифицирован стандарт Gigabit Ethernet для витой пары категории 5, можно сказать, что для любой сети Ethernet могут быть использованы витая пара, одномодовое (SMF) или многомодовое (MMF) оптоволокно. В зависимости от этого существуют различные спецификации:

· 10 Мбит/с Ethernet: 10BaseT, 10BaseFL, (10Base2 и 10Base5 существуют для коаксиального кабеля и уже не применяются);

· 100 Мбит/с Ethernet: 100BaseTX, 100BaseFX, 100BaseT4, 100BaseT2;

· Gigabit Ethernet: 1000BaseLX, 1000BaseSX (по оптике) и 1000BaseTX (для витой пары)

Существуют два варианта реализации Ethernet на коаксиальном кабеле, называемые «тонкий» и «толстый» Ethernet (Ethernet на тонком кабеле 0,2 дюйма и Ethernet на толстом кабеле 0,4 дюйма).

Тонкий Ethernet использует кабель типа RG-58A/V (диаметром 0,2 дюйма). Для маленькой сети используется кабель с сопротивлением 50 Ом. Коаксиальный кабель прокладывается от компьютера к компьютеру. У каждого компьютера оставляют небольшой запас кабеля на случай возможности его перемещения. Длина сегмента 185 м, количество компьютеров, подключенных к шине – до 30.

После присоединения всех отрезков кабеля с BNC-коннекторами (Bayonel-Neill-Concelnan) к Т-коннекторам (название обусловлено формой разъема, похожей на букву «Т») получится единый кабельный сегмент. На его обоих концах устанавливаются терминаторы («заглушки»). Терминатор конструктивно представляет собой BNC-коннектор (он также надевается на Т-коннектор) с впаянным сопротивлением. Значение этого сопротивления должно соответствовать значению волнового сопротивления кабеля, т.е. для Ethernet нужны терминаторы с сопротивлением 50 Ом.

Толстый Ethernet – сеть на толстом коаксиальном кабеле, имеющем диаметр 0,4 дюйма и волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина кабельного сегмента – 500 м.

Прокладка самого кабеля почти одинакова для всех типов коаксиального кабеля.

Для подключения компьютера к толстому кабелю используется дополнительное устройство, называемое трансивером. Трансивер подсоединен непосредственно к сетевому кабелю. От него к компьютеру идет специальный трансиверный кабель, максимальная длина которого 50 м. На обоих его концах находятся 15-контактные DIX-разъемы (Digital, Intel и Xerox). С помощью одного разъема осуществляется подключение к трансиверу, с помощью другого – к сетевой плате компьютера.

Трансиверы освобождают от необходимости подводить кабель к каждому компьютеру. Расстояние от компьютера до сетевого кабеля определяется длиной трансиверного кабеля.

Создание сети при помощи трансивера очень удобно. Он может в любом месте в буквальном смысле «пропускать» кабель. Эта простая процедура занимает мало времени, а получаемое соединение оказывается очень надежным.

Кабель не режется на куски, его можно прокладывать, не заботясь о точном месторасположении компьютеров, а затем устанавливать трансиверы в нужных местах. Крепятся трансиверы, как правило, на стенах, что предусмотрено их конструкцией.

При необходимости охватить локальной сетью площадь большую, чем это позволяют рассматриваемые кабельные системы, применяется дополнительные устройства – репитеры (повторители). Репитер имеет 2-портовое исполнение, т.е. он может объединить 2 сегмента по 185 м. Сегмент подключается к репитеру через Т-коннектор. К одному концу Т-коннектора подключается сегмент, а на другом ставится терминатор.

В сети может быть не больше четырех репитеров. Это позволяет получить сеть максимальной протяженностью 925 м.

Существуют 4-портовые репитеры. К одному такому репитеру можно подключить сразу 4 сегмента.

Длина сегмента для Ethernet на толстом кабеле составляет 500 м, к одному сегменту можно подключить до 100 станций. При наличии трансиверных кабелей до 50 м длиной, толстый Ethernet может одним сегментом охватить значительно большую площадь, чем тонкий. Эти репитеры имеют DIX-разъемы и могут подключаться трансиверами, как к концу сегмента, так и в любом другом месте.

Очень удобны совмещенные репитеры, т.е. подходящие и для тонкого и для толстого кабеля. Каждый порт имеет пару разъемов: DIX и BNC, но он не могут быть задействованы одновременно. Если необходимо объединять сегменты на разном кабеле, то тонкий сегмент подключается к BNC-разъему одного порта репитера, а толстый – к DIX-разъему другого порта.

Репитеры очень полезны, но злоупотреблять ими не стоит, так как они приводят к замедлению работы в сети.

Ethernet на витой паре.

Витая пара – это два изолированных провода, скрученных между собой. Для Ethernet используется 8-жильный кабель, состоящий из четырех витых пар. Для защиты от воздействия окружающей среды кабель имеет внешнее изолирующее покрытие.

Основной узел на витой паре – hub (в переводе называется накопителем, концентратором или просто хаб). Каждый компьютер должен быть подключен к нему с помощью своего сегмента кабеля. Длина каждого сегмента не должна превышать 100 м. На концах кабельных сегментов устанавливаются разъемы RJ-45. Одним разъемом кабель подключается к хабу, другим – к сетевой плате. Разъемы RJ-45 очень компактны, имеют пластмассовый корпус и восемь миниатюрных площадок.

Хаб – центральное устройство в сети на витой паре, от него зависит ее работоспособность. Располагать его надо в легкодоступном месте, чтобы можно было легко подключать кабель и следить за индикацией портов.

Хабы выпускаются на разное количество портов – 8, 12, 16 или 24. Соответственно к нему можно подключить такое же количество компьютеров.

Тема 1 Общие принципы построения сетей. Требования, предъявляемые к современным сетям

Самая простая сеть (network) состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем. Это позволяет им использовать данные совместно. Все сети (независимо от сложности) основываются именно на этом простом принципе.

Рис. 1.1. Автономная среда

Сетью называется группа соединенных компьютеров и других устройств. А концепция соединенных и совместно использующих ресурсы компьютеров носит название сетевого взаимодействия

Рис. 1.2. Простая сеть

Компьютеры, входящие в сеть, могут совместно использовать:

• данные;
• принтеры;
• факсимильные аппараты;
• модемы;
• другие устройства.

Данный список постоянно пополняется, так как возникают новые способы совместного использования ресурсов.

Первоначально компьютерные сети были небольшими и объединяли до десяти компьютеров и один принтер. Технология ограничивала размеры сети, в том числе количество компьютеров в сети и ее физическую длину. Например, в начале 1980-х годов наиболее популярный тип сетей состоял не более чем из 30 компьютеров, а длина ее кабеля не превышала 185 м (600 футов). Такие сети легко располагались в пределах одного этажа здания или небольшой организации. Для маленьких фирм подобная конфигурация подходит и сегодня. Эти сети называются локальными вычислительными сетями [ЛВС (LAN)].

Самые первые типы локальных сетей не могли соответствовать потребностям крупных предприятий, офисы которых обычно расположены в различных местах. Но как только преимущества компьютерных сетей стали неоспоримы и сетевые программные продукты начали заполнять рынок, перед корпорациями — для сохранения конкурентоспособности — встала задача расширения сетей. Так на основе локальных сетей возникли более крупные системы.

Сегодня, когда географические рамки сетей раздвигаются, чтобы соединить пользователей из разных городов и государств, ЛВС превращаются в глобальную вычислительную сеть [ГВС (WAN)], а количество компьютеров в сети уже может варьироваться от десятка до нескольких тысяч.

В настоящее время большинство организаций хранит и совместно использует в сетевой среде огромные объемы жизненно важных данных. Вот почему сети сейчас так же необходимы, как еще совсем недавно были необходимы пишущие машинки и картотеки.

Основное назначение компьютерных сетей — совместное использование ресурсов и осуществление интерактивной связи как внутри одной фирмы, так и за ее пределами. Ресурсы (resources) — это данные, приложения и периферийные устройства, такие, как внешний дисковод, принтер, мышь, модем или джойстик. Понятие интерактивной связи компьютеров подразумевает обмен сообщениями в реальном режиме времени.

До появления компьютерных сетей каждый пользователь должен был иметь свой принтер, плоттер и другие периферийные устройства. Чтобы совместно использовать принтер, существовал единственный способ — пересесть за компьютер, подключенный к этому принтеру.

Теперь сети позволяют целому ряду пользователей одновременно «владеть» данными и периферийными устройствами. Если нескольким пользователям надо распечатать документ, все они могут обратиться к сетевому принтеру.

Рис. 1.4. Совместное использование принтера в сетевой среде

До появления компьютерных сетей люди обменивались информацией примерно так:

• передавали информацию устно (устная речь);
• писали записки или письма (письменная речь);
• записывали информацию на дискету, несли дискету к другому компьютеру и копировали в него данные.

Компьютерные сети упрощают этот процесс, предоставляя пользователям доступ почти к любым типам данных.

Сети создают отличные условия для унификации приложений (например, текстового процессора). Это значит, что на всех компьютерах в сети выполняются приложения одного типа и одной версии. Использование единого приложения поможет упростить поддержку всей сети. Действительно, проще изучить одно приложение, чем пытаться освоить сразу четыре или пять. Удобнее также иметь дело с одной версией приложения и настраивать компьютеры одинаковым образом.

Другая привлекательная сторона сетей — наличие программ электронной почты и планирования рабочего дня. Благодаря им, управляющие крупных предприятий быстро и эффективно взаимодействуют с многочисленным штатом своих сотрудников или партнеров по бизнесу, а планирование и корректировка деятельности всей компании осуществляется с гораздо меньшими усилиями, чем прежде.

Использование компьютерных сетей сулит множество преимуществ, в частности:

• снижение затрат благодаря совместному использованию данных и периферийных устройств;
• стандартизацию приложений;
• своевременное получение данных;
• более эффективное взаимодействие и планирование рабочего времени.

В настоящее время компьютерные сети выходят за пределы ЛВС и вырастают в глобальные компьютерные сети (ГВС), охватывая целые страны и континенты.

Все сети имеют некоторые общие компоненты, функции и характеристики. В их числе:

• серверы (server) — компьютеры, предоставляющие свои ресурсы сетевым пользователям;
• клиенты (client) — компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым сервером;
• среда (media) — способ соединения компьютеров;
• совместно используемые данные — файлы, предоставляемые серверами по сети;
• совместно используемые периферийные устройства, например принтеры, библиотеки CD-ROM и т.д., — ресурсы, предоставляемые серверами;
• ресурсы — файлы, принтеры и другие элементы, используемые в сети

Рис. 1.6. Типичные элементы сети

Несмотря на определенные сходства, сети разделяются на два типа:

• одноранговые (peer-to-peer);
• на основе сервера (server based).

Рис. 1.7. Простейшие примеры обоих типов сетей

Различия между одноранговыми сетями и сетями на основе сервера имеют принципиальное значение, поскольку определяют разные возможности этих сетей. Выбор типа сети зависит от многих факторов:

• размера предприятия;
• необходимого уровня безопасности;
• вида бизнеса;
• уровня доступности административной поддержки;
• объема сетевого трафика;
• потребностей сетевых пользователей;
• финансовых затрат

В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного (dedicated) сервера. Как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер; иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать общедоступными по сети.

Одноранговые сети называют также рабочими группами. Рабочая группа — это небольшой коллектив, поэтому в одноранговых сетях чаще всего не более 10 компьютеров.

Одноранговые сети относительно просты. Поскольку каждый компьютер является одновременно и клиентом, и сервером, нет необходимости в мощном центральном сервере или в других компонентах, обязательных для более сложных сетей. Одноранговые сети обычно дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных (и более дорогих) компьютеров.

В одноранговой сети требования к производительности и к уровню защиты для сетевого программного обеспечения, как правило, ниже, чем в сетях с выделенным сервером. Выделенные серверы функционируют исключительно в качестве серверов, но не клиентов или рабочих станций (workstation). О них мы еще поговорим подробнее на этом занятии, но чуть позже.

В такие операционные системы, как Microsoft Windows NT Workstation, Microsoft Windows for Workgroups и Microsoft Windows 95, встроена поддержка одноранговых сетей. Поэтому, чтобы установить одноранговую сеть, дополнительного программного обеспечения не требуется.

Одноранговая сеть характеризуется рядом стандартных решений:

• компьютеры расположены на рабочих столах пользователей;
• пользователи сами выступают в роли администраторов и обеспечивают защиту информации;
• для объединения компьютеров в сеть применяется простая кабельная система.

Одноранговая сеть вполне подходит там, где:

• количество пользователей не превышает 10 человек;
• пользователи расположены компактно;
• вопросы защиты данных не критичны;
• в обозримом будущем не ожидается значительного расширения фирмы и, следовательно, сети.

Если эти условия выполняются, то, скорее всего, выбор одноранговой сети будет правильным (чем сети на основе сервера).

Несмотря на то, что одноранговые сети вполне удовлетворяют потребностям небольших фирм, иногда возникают ситуации, когда их использование может оказаться неуместным. Змечания относительно одноранговых сетей, которые должны быть учтены при выборе сети.

Администрирование

Сетевое администрирование (administration) решает ряд задач, в том числе:

• управление работой пользователей и защитой данных;
• обеспечение доступа к ресурсам;
• поддержка приложений и данных;
• установка и модернизация прикладного программного обеспечения.

В типичной одноранговой сети системный администратор, контролирующий всю сеть, не выделяется. Каждый пользователь сам администрирует свой компьютер.

Разделяемые ресурсы

Требования к серверу

В одноранговой сети каждый компьютер должен:

• большую часть своих вычислительных ресурсов предоставлять локальному пользователю (сидящему за этим компьютером);
• для поддержки доступа к ресурсам удаленного пользователя (обращающегося к серверу по сети) подключать дополнительные вычислительные ресурсы.

Сеть на основе сервера требует более мощных серверов, поскольку они должны обрабатывать запросы всех клиентов сети.

Защита

Защита подразумевает установку пароля на разделяемый ресурс, например на каталог. Централизованно управлять защитой в одноранговой сети очень сложно, так как каждый пользователь устанавливает ее самостоятельно, да и «общие» ресурсы могут находиться на всех компьютерах, а не только на центральном сервере. Такая ситуация представляет серьезную угрозу для всей сети, кроме того, некоторые пользователи могут вообще не установить защиту. Если вопросы конфиденциальности являются принципиальными, рекомендуется выбрать сеть на основе сервера.

Подготовка пользователя

Поскольку в одноранговой сети каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер, пользователи должны обладать достаточным уровнем знаний, чтобы работать и как пользователи, и как администраторы своего компьютера.

Если к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей использует выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции). Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом, и именно они будут приводиться обычно в качестве примера.

Рис. 1.9. Сеть на основе сервера

С увеличением размеров сети и объема сетевого трафика необходимо увеличивать количество серверов. Распределение задач среди нескольких серверов гарантирует, что каждая задача будет выполняться самым эффективным способом из всех возможных.

Круг задач, которые должны выполнять серверы, многообразен и сложен. Чтобы приспособиться к возрастающим потребностям пользователей, серверы в больших сетях стали специализированными (specialized). Например, в сети Windows NT существуют различные типы серверов.

• Файл-серверы и принт-серверы.

Файл-серверы и принт-серверы управляют доступом пользователей соответственно к файлам и принтерам. Например, чтобы работать с текстовым процессором, Вы прежде всего должны запустить его на своем компьютере. Документ текстового процессора, хранящийся на файл-сервере, загружается в память Вашего компьютера, и, таким образом, Вы можете работать с этим документом на своем компьютере. Другими словами, файл-сервер предназначен для хранения файлов и данных.

• Серверы приложений.

На серверах приложений выполняются прикладные части клиент-серверных приложений, а также находятся данные, доступные клиентам. Например, чтобы упростить извлечение данных, серверы хранят большие объемы информации в структурированном виде. Эти серверы отличаются от файл-серверов и принт-серверов. В последних файл или данные целиком копируются на запрашивающий компьютер. А в сервере приложений на запрашивающий компьютер пересылаются только результаты запроса.

Приложение-клиент на удаленном компьютере получает доступ к данным, хранимым на сервере приложений. Однако вместо всей базы данных на Ваш компьютер с сервера загружаются только результаты запроса. Например, Вы можете получить список работников, родившихся в ноябре.

• Почтовые серверы.

Почтовые серверы управляют передачей электронных сообщений между пользователями сети.

• Факс-серверы.

Факс-серверы управляют потоком входящих и исходящих факсимильных сообщений через один или несколько факс-модемов. Коммуникационные серверы.

• Коммуникационные серверы

Коммуникационные серверы управляют потоком данных и почтовых сообщений между этой сетью и другими сетями, удаленными пользователями через модем и телефонную линию.

Служба каталогов предназначена для поиска, хранения и защиты информации в сети. Windows NT Server объединяет компьютеры в логические группы — домены (domain), -система защиты которых наделяет пользователей различными правами доступа к любому сетевому ресурсу.

В расширенной сети использование серверов разных типов приобретает особую актуальность. Необходимо поэтому учитывать все возможные нюансы, которые могут проявиться при разрастании сети, с тем, чтобы изменение роли определенного сервера в дальнейшем не отразилось на работе всей сети.

Рис. 10.1 Специализированные среды

Сетевой сервер и операционная система работают как единое целое. Без операционной системы даже самый мощный сервер представляет собой лишь груду железа. А операционная система позволяет реализовать потенциал аппаратных ресурсов сервера. Некоторые системы, например Microsoft Windows NT Server, были созданы специально для того, чтобы использовать преимущества наиболее передовых серверных технологий.

Так, Windows NT Server реализует следующие возможности сервера.

	Свойства
Симметричная многопроцессорная обработка (SMP )	Системные и прикладные задачи распределяются между всеми доступными процессорами
Поддержка множества платформ	Быстрые процессоры, такие, как Intel ® 386/486 и Pentium ® , MIPS ® R 4000^, RISC и Digital Alpha AXP
Длина имени файла/каталога	255 символов
Размер файла	16 эб (эксабайтов)
Размер раздела жесткого диска

Примечание. Эксабайт — это довольно большое число. Оно немногим более одного миллиарда гигабайтов. Представьте: если у каждого человека на Земле, включая мужчин, женщин и детей (всего около 5 миллиардов), взять по 2000 страниц текста с объемом одной страницы в 2 Кб, то все эти страницы можно сложить в один Windows NT-файл. Даже после этого файл будет заполнен лишь на 1/16 (менее 6 процентов).

Разделение ресурсов

Сервер спроектирован так, чтобы предоставлять доступ к множеству файлов и принтеров, обеспечивая при этом высокую производительность и защиту.

Администрирование и управление доступом к данным осуществляется централизованно. Ресурсы, как правило, расположены также централизованно, что облегчает их поиск и поддержку. Например, в системе Windows NT Server разделение каталогов осуществляется через File Manager.

Защита

Основным аргументом при выборе сети на основе сервера является, как правило, защита данных. В таких сетях, например, как Windows NT Server, проблемами безопасности может заниматься один администратор: он формирует политику безопасности (security policy) и применяет ее в отношении каждого пользователя сети.

Резервное копирование данных

Поскольку жизненно важная информация расположена централизованно, т.е. сосредоточена на одном или нескольких серверах, нетрудно обеспечить ее регулярное резервное копирование (backup).

Избыточность

Благодаря избыточным системам данные на любом сервере могут дублироваться в реальном времени, поэтому в случае повреждения основной области хранения данных информация не будет потеряна — легко воспользоваться резервной копией.

Количество пользователей

Сети на основе сервера способны поддерживать тысячи пользователей. Сетями такого размера, будь они одноранговыми, было бы невозможно управлять.

Аппаратное обеспечение

Так как компьютер пользователя не выполняет функций сервера, требования к его характеристикам зависят от потребностей самого пользователя. Типичный компьютер-клиент имеет, по крайней мере, 486-й процессор и от 8 до 16 Мб оперативной памяти.

Существуют и комбинированные типы сетей, совмещающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера.

Многие администраторы считают, что такая сеть наиболее полно удовлетворяет их запросы, так как в ней могут функционировать оба типа операционных систем.

Операционные системы для сетей на основе сервера, например Microsoft Windows NT Server или Novell ® NetWare ® , в этом случае отвечают за совместное использование основных приложений и данных.

На компьютерах-клиентах могут выполняться операционные системы Microsoft Windows NT Workstation или Windows 95, которые будут управлять доступом к ресурсам выделенного сервера и в то же время предоставлять в совместное использование свои жесткие диски, а по мере необходимости разрешать доступ и к своим данным.

Рис. 1.13. Комбинированные сети имеют выделенные серверы и компьютеры

Комбинированные сети — наиболее распространенный тип сетей, но для их правильной реализации и надежной защиты необходимы определенные знания и навыки планирования.

Одноранговые сети и сети на основе сервера объединяет общая цель — разделение ресурсов. А вот различия между одноранговыми серверами и выделенными серверами определяют:

• требования к аппаратному обеспечению;
• способ поддержки пользователей.

Таблица 1 - Компоненты сети

Компонент	Одноранговая сеть	Сеть на основе сервера
Местонахождение разделяемых ресурсов ОЗУ	Компьютеры пользователей. Зависит от потребностей пользователя. Для Microsoft Windows NT Workstation требуется минимум 12 Мб, однако желательно 16 Мб. Для Windows 95 желательно не менее 8 Мб	Выделенные серверы. Как можно больше. Минимум 12 Мб. Серверы, обслуживающие тысячи клиентов, как правило, должны иметь не менее 64 Мб
Центральный процессор	Зависит от потребностей пользователя. Желательно не ниже 386-го. Для Windows NT Workstation необходим 80386/25 и выше или поддерживаемый RISC- процессор. Для Windows 95 — 386DX и выше	Зависит от нагрузки на сервер. Желательно не ниже 486-го. Высокопроизводительные серверы поддерживают многопроцессорные системы
Объем дискового пространства	Зависит от потребностей пользователя	Зависит от потребностей организации. Чем больше, тем лучше, но следует предусмотреть возможность дальнейшего увеличения. Для небольших организаций рекомендуется не менее 1 Гб. В суперсерверах счет идет не на гигабайты, а на количество поддерживаемых жестких дисков

Главной целью объединения компьютеров в сеть было разделение ресурсов: пользователи компьютеров, подключенных к сети, или приложения, выполняемые на этих компьютерах, получают возможность доступа к ресурсам компьютеров сети, к таким как:

периферийные устройства, такие как диски, принтеры, плоттеры, сканеры и др.;

данные, хранящиеся в оперативной памяти или на внешних запоминающих устройствах;

вычислительная мощность.

Сетевые интерфейсы

Для связи устройств в них, прежде всего, должны быть предусмотрены внешние интерфейсы.

Интерфейс - в широком смысле - формально определенная логическая и/или физическая граница между взаимодействующими независимыми объектами. Интерфейс задает параметры, процедуры и характеристики взаимодействия объектов.

Разделяют физический и логический интерфейсы

Физический интерфейс (называемый также портом) - определяется набором электрических связей и характеристиками сигналов. Обычно он представляет собой разъем с набором контактов, каждый из которых имеет определенное назначение.

Логический интерфейс (называемый также протоколом) - это набор информационных сообщений определенного формата, которыми обмениваются два устройства или две программы, а также набор правил, определяющих логику обмена этими сообщениями.

Рис. 2.2. Совместное использование принтера в компьютерной сети

Интерфейс компьютер-компьютер позволяет двум компьютерам обмениваться информацией. С каждой стороны он реализуется парой:

аппаратным модулем, называемым сетевым адаптером, или сетевой интерфейсной картой;

драйвером сетевой интерфейсной карты - специальной программой, управляющей работой сетевой интерфейсной карты.

Интерфейс компьютер-периферийное устройство (в данном случае интерфейс компьютер-принтер) позволяет компьютеру управлять работой периферийного устройства (ПУ), Этот интерфейс реализуется:

со стороны компьютера - интерфейсной картой и драйвером ПУ (принтера), подобным сетевой интерфейсной карте и ее драйверу;

со стороны ПУ - контроллером ПУ (принтера), обычно представляющий собой аппаратное устройство, принимающее от компьютера как данные, например байты информации, которую нужно распечатать на бумаге, так и команды, которые он отрабатывает, управляя электромеханическими частями периферийного устройства, например, выталкивая лист бумаги из принтера или перемещая магнитную головку диска.

1. Проблемы связи нескольких компьютеров

Топология физических связей

Объединяя в сеть несколько (больше двух) компьютеров, необходимо решить, каким образом соединить их друг с другом, иначе, выбрать конфигурацию физических связей, или топологию.

Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети (например, компьютеры) и коммуникационное оборудование (например, маршрутизаторы), а ребрам - физические или информационные связи между вершинами.

Можно соединять каждый компьютер с каждым или же связывать их последовательно, предполагая, что они будут общаться, передавая сообщения друг другу «транзитом». В качестве транзитного узла может выступать как универсальный компьютер, так и специализированное устройство.

От выбора топологии связей существенно зависят характеристики сети:

наличие между узлами нескольких путей повышает надежность сети и делает возможным распределение нагрузки между отдельными каналами.

простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым топологиям, делает сеть легко расширяемой.

экономические соображения часто приводят к выбору топологий, для которых характерна минимальная суммарная длина линий связи.

Среди множества возможных конфигураций различают полносвязные и не полносвязные.

Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными. Этот вариант оказывается громоздким и неэффективным. В таком случае каждый компьютер в сети должен иметь большое количество коммуникационных портов. Полносвязные топологии в крупных сетях применяются редко. Чаще этот вид топологии используется в многомашинных комплексах или в сетях, объединяющих небольшое количество компьютеров.

Рис. 2.10. Типовые топологии сетей

Все другие варианты основаны на неполносвязных топологиях, когда для обмена данными между двумя компьютерами может потребоваться транзитная передача данных через другие узлы сети.

Кольцевая топология. Данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому. Главным достоинством кольца является то, что оно по своей природе обеспечивает резервирование связей. Данные в кольце, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому источник может контролировать процесс доставки данных адресату. Это свойство используется для тестирования связности сети и поиска узла, работающего некорректно. В то же время в сетях с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какого-либо компьютера не прерывался канал связи между остальными узлами кольца.

Звездообразная топология образуется в случае, когда каждый компьютер подключается непосредственно к общему центральному устройству, называемому концентратором. В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. В качестве концентратора может выступать как универсальный компьютер, так и специализированное устройство. Недостатки звездообразной топологии: более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения специализированного центрального устройства; возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора.

Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой звездообразными связями. Получаемую в результате структуру называют иерархической звездой, или деревом. В настоящее время дерево является самой распространенной топологией связи, как в локальных, так и глобальных сетях.

Особым частным случаем звезды является общая шина. Здесь в качестве центрального элемента выступает пассивный кабель (такую же топологию имеют многие сети, использующие беспроводную связь - роль общей шины здесь играет общая радиосреда). Передаваемая информация распространяется по кабелю и доступна одновременно всем компьютерам, присоединенным к этому кабелю. Достоинства: дешевизна и простота присоединения новых узлов к сети, а недостатками - низкая надежность (любой дефект кабеля полностью парализует всю сеть) и невысокая производительность (в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные по сети, поэтому пропускная способность делится здесь между всеми узлами сети).

Рис. 2.11. Смешанная топология

Небольшие сети имеют типовую топологию - звезда, кольцо или общая шина, для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.

Адресация узлов сети

Одной из проблем, которую нужно учитывать при объединении трех и более компьютеров, является проблема адресации, а именно адресации их сетевых интерфейсов. Один компьютер может иметь несколько сетевых интерфейсов. Например, для создания полносвязной структуры из N компьютеров необходимо, чтобы у каждого из них имелся N - 1 интерфейс.

По количеству адресуемых интерфейсов адреса можно классифицировать следующим образом:

уникальный адрес (unicast) используется для идентификации отдельных интерфейсов;

групповой адрес (multicast) идентифицирует сразу несколько интерфейсов, поэтому данные, помеченные групповым адресом, доставляются каждому из узлов, входящих в группу;

данные, направленные по широковещательному адресу (broadcast), должны быть доставлены всем узлам сети;

адрес произвольной рассылки (anycast), определенный в новой версии протокола IPv6, так же, как и групповой адрес, задает группу адресов, однако данные, посланные по этому адресу, должны быть доставлены не всем адресам данной группы, а любому из них.

Адреса могут быть числовыми (например, 129.26.255.255 или 81. la . ff . ff ) и символьными (site.domen.ru).

Символьные адреса (имена) удобные для восприятия человеком и поэтому обычно несут смысловую нагрузку.

Множество всех адресов, которые являются допустимыми в рамках некоторой схемы адресации, называется адресным пространством.

Адресное пространство может иметь плоскую (линейную) организацию или иерархическую организацию.

При плоской организации множество адресов никак не структурировано. Примером плоского числового адреса является МАС-адрес, предназначенный для однозначной идентификации сетевых интерфейсов в локальных сетях. Такой адрес обычно используется только аппаратурой и записывают в виде двоичного или шестнадцатеричного числа, например 0081005е24а8. MAC-адреса встраиваются в аппаратуру компанией-изготовителем, поэтому их называют также аппаратными адресами (hardware address).

При иерархической организации адресное пространство структурируется в виде вложенных друг в друга подгрупп, которые, последовательно сужая адресуемую область, в конце концов, определяют отдельный сетевой интерфейс.

Типичными представителями иерархических числовых адресов являются сетевые IP- и IPX-адреса. В них поддерживается двухуровневая иерархия, адрес делится на старшую часть - номер сети и младшую - номер узла. Такое деление позволяет передавать сообщения между сетями только на основании номера сети, а номер узла требуется уже после доставки сообщения в нужную сеть. На практике обычно применяют сразу несколько схем адресации, так что сетевой интерфейс компьютера может одновременно иметь несколько адресов-имен. Каждый адрес задействуется в той ситуации, когда соответствующий вид адресации наиболее удобен. А для преобразования адресов из одного вида в другой используются специальные вспомогательные протоколы, которые называют протоколами разрешения адресов.

Коммутация

Пусть компьютеры физически связаны между собой в соответствии с некоторой топологией. Затем нужно решить каким способом передавать данные между конечными узлами?

Соединение конечных узлов через сеть транзитных узлов называют коммутацией. Последовательность узлов, лежащих на пути от отправителя к получателю, образует маршрут.

Например, в сети, показанной на рис. 2.14, узлы 2 и 4, непосредственно между собой не связанные, вынуждены передавать данные через транзитные узлы, в качестве которых могут выступить, например, узлы 1 и 5. Узел 1 должен выполнить передачу данных между своими интерфейсами А и В, а узел 5 - между интерфейсами F и В. В данном случае маршрутом является последовательность: 2-1-5-4, где 2 - узел-отправитель, 1 и 5 - транзитные узлы, 4 - узел-получатель.

Рис. 2-14. Коммутация абонентов через сеть транзитных узлов

Обобщенная задача коммутации

В общем виде задача коммутации может быть представлена в виде следующих взаимосвязанных частных задач.

Определение информационных потоков, для которых требуется прокладывать маршруты.

Маршрутизация потоков.

Продвижение потоков, то есть распознавание потоков и их локальная коммутация на каждом транзитном узле.

Мультиплексирование и демультиплексирование потоков.

Маршрутизация

Задача маршрутизации, в свою очередь, включает в себя две подзадачи:

определение маршрута;

оповещение сети о выбранном маршруте.

Определить маршрут означает выбрать последовательность транзитных узлов и их интерфейсов, через которые надо передавать данные, чтобы доставить их адресату. Определение маршрута - сложная задача, особенно когда конфигурация сети такова, что между парой взаимодействующих сетевых интерфейсов существует множество путей. Чаще всего выбор останавливают на одном оптимальном по некоторому критерию маршруте. В качестве критериев оптимальности могут выступать, например, номинальная пропускная способность и загруженность каналов связи; задержки, вносимые каналами; количество промежуток транзитных узлов; надежность каналов и транзитных узлов.

Маршрут может определяться эмпирически («вручную») администратором сети, но этот подход к определению маршрутов мало пригоден для большой сети со сложной топологией. В этом случае используются автоматические методы определения маршрутов. Для этого конечные узлы и другие устройства сети оснащаются специальными программными средствами, которые организуют взаимный обмен служебными сообщениями, позволяющий каждому узлу составить свое «представление» о сети. Затем на основе собранных данных программными методами определяются рациональные маршруты.

При выборе маршрута часто ограничиваются только информацией о топологии сети. Этот подход иллюстрирует рис. 2.15. Для передачи трафика между конечными узлами А и С существует два альтернативных маршрута: А-1-2-3-С и А-1-3-С. Если мы учитываем только топологию, то выбор очевиден - маршрут А-1-3-С, который имеет меньше транзитных узлов.

Рис. 2.15. Выбор маршрута

Продвижение данных

Итак, пусть маршруты определены, записи о них сделаны в таблицах всех транзитных узлов, все готово к передаче данных между абонентами (коммутации абонентов).

Прежде всего, отправитель должен выставить данные на тот свой интерфейс, с которого начинается найденный маршрут, а все транзитные узлы должны соответствующим образом выполнить «переброску» данных с одного своего интерфейса на другой, другими словами, выполнить коммутацию интерфейсов. Устройство, функциональным назначением которого является коммутация, называется коммутатором. На рис. 2.16 показан коммутатор, который переключает информационные потоки между четырьмя своими интерфейсами.

Рис. 2.16. Коммутатор

Коммутатором может быть как специализированное устройство, так и универсальный компьютер со встроенным программным механизмом коммутации, в этом случае коммутатор называется программным.

Мультиплексирование и демультиплексирование

Чтобы определить, на какой интерфейс следует передать поступившие данные, коммутатор должен выяснить, к какому потоку они относятся. Эта задача должна решаться независимо от того, поступает на вход коммутатора только один «чистый» поток или «смешанный» поток.

Демультиплексирование - разделение суммарного агрегированного потока на несколько составляющих его потоков.

Мультиплексирование - образование из нескольких отдельных потоков общего агрегированного потока, который передается по одному физическому каналу связи,

Другими словами, мультиплексирование - это способ разделения одного имеющегося физического канала между несколькими одновременно протекающими сеансами связи между абонентами сети.

Рис.2.18. Операции мультиплексирования и демультиплексирования потоков при коммутации

Одним из основных способов мультиплексирования потоков является разделение време ни. При этом способе каждый поток время от времени (с фиксированным или случайным периодом) получает физический канал в полное свое распоряжение и передает по нему свои данные. Распространено также частотное разделение канала, когда каждый поток передаст данные в выделенном ему частотном диапазоне.

Рис. 2.19. Мультиплексор и демультиплексор

Типы коммутации

Среди множества возможных подходов к решению задачи коммутации, абонентов в сетях выделяют два основополагающих, к которым относят коммутацию каналов и коммутацию пакетов.

Под термином «Сеть» будем понимать систему связи со многими источниками и/или получателями сообщений. Места, где пути распространения сигналов в сети разветвляются или оканчиваются, называются узлами сети.

Компьютерная сеть – это сеть, в которой источниками и получателями сообщений являются компьютеры. Можно назвать несколько близких понятий, а именно, - вычислительная сеть, сеть передачи данных, распределённая система, различие между которыми определяется акцентами.

Классификация компьютерных сетей

Компьютерные сети как сложные и многопрофильные объекты принято классифицировать, исходя из разных точек зрения. Наиболее популярными являются следующие принципы классификации:

По «диаметру» , т. е. расстоянию между наиболее удалённым узлами сети:

Сотни метров - LAN (Local Area Network) или ЛВС (Локальная Вычислительная Сеть);

Километры - MAN/CAN (Metropolitan/Campus Area Network) или РВС (Региональная Вычислительная Сеть);

Сотни и тысячи километров - WAN (Wide Area Network) или ГВС (Глобальная Вычислительная Сеть).

Поскольку современные компьютерные сети практически всегда имеют выход в глобальную сеть Internet, классификация сетей по этому принципу носит довольно условный характер.

По физической топологии (звезда, кольцо, общая шина, сотовая, иерархическая (древовидная), комбинированная), показывающей физическое соединение линий связи между узлами сети.

По логической топологии (звезда, кольцо, общая шина), показывающей способ обмена сигналами.

Физическая и логическая топологии слабо связаны между собой. Например, популярной технологии Ethernet на витой паре соответствует физическая топология звезда и логическая топология общая шина.

По виду кабельной системы – витая пара, оптический кабель, коаксиальный кабель, беспроводные сети.

По способу организации соединения и передачи информации сети делятся на сети с коммутацией

каналов (например, телефонная сеть общего пользования),

сообщений (информация перемещается от узла к узлу целиком)

пакетов (пакеты внутри сети перемещаются независимо друг от друга и собираются целиком в узле назначения).

По стекам протоколов – наборам правил формирования и передачи пакетов. Например, стек TCP/IP, стек IPX/SPX, Х25 и пр. Стек отличается от совокупности тем, что стек подразумевает не только набор правил, но и определяет последовательность их применения.

По сетевым операционным системам , т. е. программным продуктам, обслуживающим запросы пользователей на ресурсы сети и обеспечивающим функционирование сети, её администрирование. Например, MS Windows, Novell NetWare, UNIX/Linux и пр.

По способу предоставления ресурсов

одноранговые (все компьютеры могут быть и источниками и потребителями ресурсов сети),

клиент – сервер (выделенные компьютеры являются источниками ресурсов – серверами, а остальные – клиентами, т. е. потребителями ресурсов).

Ресурсами сети могут быть устройства (принтеры, модемы, диски и пр.), файлы (текстовые, звуковые, видео и пр.), службы/сервисы (WWW, E-mail, базы данных и пр.).

Международные организации. Модель osi

Глобальность охвата и интернациональный характер развития компьютерных сетей делает роль международных организаций в вопросах стандартизации определяющей. При этом, в большинстве случаев, принимаемые стандарты носят характер рекомендаций, однако «де факто» становятся обязательными и соблюдаются всеми производителями сетевого оборудования и программного обеспечения. Механизм создания рекомендаций, кроме собственных разработок, включает в себя и рассмотрение инициативных предложений крупных компаний, самостоятельно разрабатывающих и продвигающих те или иные сетевые технологии. Отличительной чертой рекомендация является их непрерывная модернизация, отслеживающая новейшие достижения в этой области.

ITU-T (International Telecommunications Union sector Telecommunication) Международный союз электросвязи, сектор телекоммуникаций. До 1993 года организация называлась CCITT (Consultative Committee for International Telephone and telegraphy), или в русском переводе МККТТ (Международный Консультативный Комитет по Телефонии и Телеграфии). Кроме сектора Т (Telecommunication), важными являются секторы R (распределения радиочастот) и D (развития).

ISO (International Organization for Standardization) Международная организация по стандартизации. Эта организация объединяет национальные институты стандартов из 89 стран (ANSI - США, DIN – Германия, BSI – Великобритания и др.).

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике – национальный «профсоюз» «электрических» учёных и инженеров США.

Модель OSI (Open System Interconnection) - взаимодействия открытых систем была опубликована в 1983 г. по результатам совместных работ ISO и ITU-T. Согласно этой модели все процессы в сетях рассматриваются на семи (поэтому модель иногда называют «семиуровневой») относительно независимых уровнях для наилучшей реализации на каждом уровне по отдельности.

Обмен данными между двумя компьютерами в сети согласно семиуровневой модели иллюстрирует рисунок 1.2.1.

Рис. 1.2.1. Модель OSI.

На этом рисунке использованы следующие обозначения: AH (application header) заголовок прикладного уровня, PH (presentation) – заголовок уровня представлений, SH (session) – заголовок сеансового уровня, TH (transport) – заголовок транспортного уровня, NH (network) – заголовок сетевого уровня, DH (data link) – заголовок канального уровня, DT (data link tail) – хвостовик кадра канального уровня.

Основной принцип построения модели, обеспечивающий независимость уровней, состоит в том, что пакет вышележащего уровня на нижележащем уровне рассматривается как данные, а вся необходимая для работы информация добавляется в виде заголовка/хвостовика.

При невозможности формирования пакета на нижележащем уровне из-за ограничений на размер пакета используется фрагментация (дробление) пакетов. Пример фрагментации показан на рисунке 1.2.2, где для обозначения данных используется буква M (message), заголовка – H (header) и хвостовика – T (tail).

Рис. 1.2.2. Фрагментация.

На узлах внутри сети действуют три нижних уровня, как это показано на рисунке 1.2.3, где PDU (protocol data unit) означает пакет протокола соответствующего уровня.

При описании сетей принято использовать следующие термины:

Протокол – правило, определяющее состав пакета и последовательность действий на соответствующем уровне.

Интерфейс – способ передачи данных с уровня на уровень.

Стек протоколов – упорядоченная совокупность протоколов нескольких уровней.

Служба (service) отличается от протокола тем, что оговаривается только результат без подробной регламентации процесса выполнения.

Технология чаще всего используется для обозначения протоколов нижних уровней (физического и канального), например, Ethernet или АТМ.

Инкапсуляция - преобразование пакета верхнего уровня одного стека в пакет нижнего уровня другого стека, например, при использовании IP поверх ATM.

Основные задачи уровней:

Физический (Physical) – стандартизация электрических и временных характеристик сигналов, физических параметров линий связи и разъёмов.

Канальный (Data Link) – доставка пакета на следующий узел сети (адресация, обнаружение/исправление ошибок).

Сетевой (Network) – доставка пакета в узел назначения (адресация, маршрутизация, проверка целостности данных).

Транспортный (Transport) – сборка всех пакетов в узле назначения.

Сеансовый (Session) – идентификация, начало/окончание сеанса передачи, аварийные режимы.

Представлений (Presentation) – преобразование данных к удобному для передачи по сети виду (например, шифрование данных по протоколу SSL (Secure Socket Layer)).

Прикладной (Application) – организация доступа к ресурсам сети. Например, получение файла – FTP (File Transfer Protocol), доступ к терминалу – Telnet и пр.