Основы организации сетей читать


Основы компьютерных сетей. Тема №1. Основные сетевые термины и сетевые модели

Всем привет. На днях возникла идея написать статьи про основы компьютерных сетей, разобрать работу самых важных протоколов и как строятся сети простым языком. Заинтересовавшихся приглашаю под кат. Немного оффтопа: Приблизительно месяц назад сдал экзамен CCNA (на 980/1000 баллов) и осталось много материала за год моей подготовки и обучения. Учился я сначала в академии Cisco около 7 месяцев, а оставшееся время вел конспекты по всем темам, которые были мною изучены. Также консультировал многих ребят в области сетевых технологий и заметил, что многие наступают на одни и те же грабли, в виде пробелов по каким-то ключевым темам. На днях пару ребят попросили меня объяснить, что такое сети и как с ними работать. В связи с этим решил максимально подробно и простым языком описать самые ключевые и важные вещи. Статьи будут полезны новичкам, которые только встали на путь изучения. Но, возможно, и бывалые сисадмины подчеркнут из этого что-то полезное. Так как я буду идти по программе CCNA, это будет очень полезно тем людям, которые готовятся к сдаче. Можете держать статьи в виде шпаргалок и периодически их просматривать. Я во время обучения делал конспекты по книгам и периодически читал их, чтобы освежать знания.

Вообще хочу дать всем начинающим совет. Моей первой серьезной книгой, была книга Олиферов «Компьютерные сети». И мне было очень тяжело читать ее. Не скажу, что все было тяжело. Но моменты, где детально разбиралось, как работает MPLS или Ethernet операторского класса, вводило в ступор. Я читал одну главу по несколько часов и все равно многое оставалось загадкой. Если вы понимаете, что какие то термины никак не хотят лезть в голову, пропустите их и читайте дальше, но ни в коем случае не отбрасывайте книгу полностью. Это не роман или эпос, где важно читать по главам, чтобы понять сюжет. Пройдет время и то, что раньше было непонятным, в итоге станет ясно. Здесь прокачивается «книжный скилл». Каждая следующая книга, читается легче предыдущей книги. К примеру, после прочтения Олиферов «Компьютерные сети», читать Таненбаума «Компьютерные сети» легче в несколько раз и наоборот. Потому что новых понятий встречается меньше. Поэтому мой совет: не бойтесь читать книги. Ваши усилия в будущем принесут плоды. Заканчиваю разглагольствование и приступаю к написанию статьи.

Итак, начнем с основных сетевых терминов.

Что такое сеть? Это совокупность устройств и систем, которые подключены друг к другу (логически или физически) и общающихся между собой. Сюда можно отнести сервера, компьютеры, телефоны, маршрутизаторы и так далее. Размер этой сети может достигать размера Интернета, а может состоять всего из двух устройств, соединенных между собой кабелем. Чтобы не было каши, разделим компоненты сети на группы:

1) Оконечные узлы: Устройства, которые передают и/или принимают какие-либо данные. Это могут быть компьютеры, телефоны, сервера, какие-то терминалы или тонкие клиенты, телевизоры.

2) Промежуточные устройства: Это устройства, которые соединяют оконечные узлы между собой. Сюда можно отнести коммутаторы, концентраторы, модемы, маршрутизаторы, точки доступа Wi-Fi.

3) Сетевые среды: Это те среды, в которых происходит непосредственная передача данных. Сюда относятся кабели, сетевые карточки, различного рода коннекторы, воздушная среда передачи. Если это медный кабель, то передача данных осуществляется при помощи электрических сигналов. У оптоволоконных кабелей, при помощи световых импульсов. Ну и у беспроводных устройств, при помощи радиоволн.

Посмотрим все это на картинке:

На данный момент надо просто понимать отличие. Детальные отличия будут разобраны позже.

Теперь, на мой взгляд, главный вопрос: Для чего мы используем сети? Ответов на этот вопрос много, но я освещу самые популярные, которые используются в повседневной жизни:

1) Приложения: При помощи приложений отправляем разные данные между устройствами, открываем доступ к общим ресурсам. Это могут быть как консольные приложения, так и приложения с графическим интерфейсом.

2) Сетевые ресурсы: Это сетевые принтеры, которыми, к примеру, пользуются в офисе или сетевые камеры, которые просматривает охрана, находясь в удаленной местности.

3) Хранилище: Используя сервер или рабочую станцию, подключенную к сети, создается хранилище доступное для других. Многие люди выкладывают туда свои файлы, видео, картинки и открывают общий доступ к ним для других пользователей. Пример, который на ходу приходит в голову, — это google диск, яндекс диск и тому подобные сервисы.

4) Резервное копирование: Часто, в крупных компаниях, используют центральный сервер, куда все компьютеры копируют важные файлы для резервной копии. Это нужно для последующего восстановления данных, если оригинал удалился или повредился. Методов копирования огромное количество: с предварительным сжатием, кодированием и так далее.

5) VoIP: Телефония, работающая по протоколу IP. Применяется она сейчас повсеместно, так как проще, дешевле традиционной телефонии и с каждым годом вытесняет ее.

Из всего списка, чаще всего многие работали именно с приложениями. Поэтому разберем их более подробно. Я старательно буду выбирать только те приложения, которые как-то связаны с сетью. Поэтому приложения типа калькулятора или блокнота, во внимание не беру.

1) Загрузчики. Это файловые менеджеры, работающие по протоколу FTP, TFTP. Банальный пример — это скачивание фильма, музыки, картинок с файлообменников или иных источников. К этой категории еще можно отнести резервное копирование, которое автоматически делает сервер каждую ночь. То есть это встроенные или сторонние программы и утилиты, которые выполняют копирование и скачивание. Данный вид приложений не требует прямого человеческого вмешательства. Достаточно указать место, куда сохранить и скачивание само начнется и закончится.

Скорость скачивания зависит от пропускной способности. Для данного типа приложений это не совсем критично. Если, например, файл будет скачиваться не минуту, а 10, то тут только вопрос времени, и на целостности файла это никак не скажется. Сложности могут возникнуть только когда нам надо за пару часов сделать резервную копию системы, а из-за плохого канала и, соответственно, низкой пропускной способности, это занимает несколько дней. Ниже приведены описания самых популярных протоколов данной группы:

FTP- это стандартный протокол передачи данных с установлением соединения. Работает по протоколу TCP (этот протокол в дальнейшем будет подробно рассмотрен). Стандартный номер порта 21. Чаще всего используется для загрузки сайта на веб-хостинг и выгрузки его. Самым популярным приложением, работающим по этому протоколу — это Filezilla. Вот так выглядит само приложение:

TFTP- это упрощенная версия протокола FTP, которая работает без установления соединения, по протоколу UDP. Применяется для загрузки образа бездисковыми рабочими станциями. Особенно широко используется устройствами Cisco для той же загрузки образа и резервных копий.

Интерактивные приложения. Приложения, позволяющие осуществить интерактивный обмен. Например, модель «человек-человек». Когда два человека, при помощи интерактивных приложений, общаются между собой или ведут общую работу. Сюда относится: ICQ, электронная почта, форум, на котором несколько экспертов помогают людям в решении вопросов. Или модель «человек-машина». Когда человек общается непосредственно с компьютером. Это может быть удаленная настройка базы, конфигурация сетевого устройства. Здесь, в отличие от загрузчиков, важно постоянное вмешательство человека. То есть, как минимум, один человек выступает инициатором. Пропускная способность уже более чувствительна к задержкам, чем приложения-загрузчики. Например, при удаленной конфигурации сетевого устройства, будет тяжело его настраивать, если отклик от команды будет в 30 секунд.

Приложения в реальном времени. Приложения, позволяющие передавать информацию в реальном времени. Как раз к этой группе относится IP-телефония, системы потокового вещания, видеоконференции. Самые чувствительные к задержкам и пропускной способности приложения. Представьте, что вы разговариваете по телефону и то, что вы говорите, собеседник услышит через 2 секунды и наоборот, вы от собеседника с таким же интервалом. Такое общение еще и приведет к тому, что голоса будут пропадать и разговор будет трудноразличимым, а в видеоконференция превратится в кашу. В среднем, задержка не должна превышать 300 мс. К данной категории можно отнести Skype, Lync, Viber (когда совершаем звонок).

Теперь поговорим о такой важной вещи, как топология. Она делится на 2 большие категории: физическая и логическая. Очень важно понимать их разницу. Итак, физическая топология — это как наша сеть выглядит. Где находятся узлы, какие сетевые промежуточные устройства используются и где они стоят, какие сетевые кабели используются, как они протянуты и в какой порт воткнуты. Логическая топология — это каким путем будут идти пакеты в нашей физической топологии. То есть физическая — это как мы расположили устройства, а логическая — это через какие устройства будут проходить пакеты.

Теперь посмотрим и разберем виды топологии:

1) Топология с общей шиной (англ. Bus Topology)

Одна из первых физических топологий. Суть состояла в том, что к одному длинному кабелю подсоединяли все устройства и организовывали локальную сеть. На концах кабеля требовались терминаторы. Как правило — это было сопротивление на 50 Ом, которое использовалось для того, чтобы сигнал не отражался в кабеле. Преимущество ее было только в простоте установки. С точки зрения работоспособности была крайне не устойчивой. Если где-то в кабеле происходил разрыв, то вся сеть оставалась парализованной, до замены кабеля.

2) Кольцевая топология (англ. Ring Topology)

В данной топологии каждое устройство подключается к 2-ум соседним. Создавая, таким образом, кольцо. Здесь логика такова, что с одного конца компьютер только принимает, а с другого только отправляет. То есть, получается передача по кольцу и следующий компьютер играет роль ретранслятора сигнала. За счет этого нужда в терминаторах отпала. Соответственно, если где-то кабель повреждался, кольцо размыкалось и сеть становилась не работоспособной. Для повышения отказоустойчивости, применяют двойное кольцо, то есть в каждое устройство приходит два кабеля, а не один. Соответственно, при отказе одного кабеля, остается работать резервный.

3) Топология звезда (англ. Star Topology)

Все устройства подключаются к центральному узлу, который уже является ретранслятором. В наше время данная модель используется в локальных сетях, когда к одному коммутатору подключаются несколько устройств, и он является посредником в передаче. Здесь отказоустойчивость значительно выше, чем в предыдущих двух. При обрыве, какого либо кабеля, выпадает из сети только одно устройство. Все остальные продолжают спокойно работать. Однако если откажет центральное звено, сеть станет неработоспособной.

4)Полносвязная топология (англ. Full-Mesh Topology)

Все устройства связаны напрямую друг с другом. То есть с каждого на каждый. Данная модель является, пожалуй, самой отказоустойчивой, так как не зависит от других. Но строить сети на такой модели сложно и дорого. Так как в сети, в которой минимум 1000 компьютеров, придется подключать 1000 кабелей на каждый компьютер.

5)Неполносвязная топология (англ. Partial-Mesh Topology)

Как правило, вариантов ее несколько. Она похожа по строению на полносвязную топологию. Однако соединение построено не с каждого на каждый, а через дополнительные узлы. То есть узел A, связан напрямую только с узлом B, а узел B связан и с узлом A, и с узлом C. Так вот, чтобы узлу A отправить сообщение узлу C, ему надо отправить сначала узлу B, а узел B в свою очередь отправит это сообщение узлу C. В принципе по этой топологии работают маршрутизаторы. Приведу пример из домашней сети. Когда вы из дома выходите в Интернет, у вас нет прямого кабеля до всех узлов, и вы отправляете данные своему провайдеру, а он уже знает куда эти данные нужно отправить.

6) Смешанная топология (англ. Hybrid Topology)

Самая популярная топология, которая объединила все топологии выше в себя. Представляет собой древовидную структуру, которая объединяет все топологии. Одна из самых отказоустойчивых топологий, так как если у двух площадок произойдет обрыв, то парализована будет связь только между ними, а все остальные объединенные площадки будут работать безотказно. На сегодняшний день, данная топология используется во всех средних и крупных компаниях.

И последнее, что осталось разобрать — это сетевые модели. На этапе зарождения компьютеров, у сетей не было единых стандартов. Каждый вендор использовал свои проприетарные решения, которые не работали с технологиями других вендоров. Конечно, оставлять так было нельзя и нужно было придумывать общее решение. Эту задачу взвалила на себя международная организация по стандартизации (ISO — International Organization for Standartization). Они изучали многие, применяемые на то время, модели и в результате придумали модель OSI, релиз которой состоялся в 1984 году. Проблема ее была только в том, что ее разрабатывали около 7 лет. Пока специалисты спорили, как ее лучше сделать, другие модели модернизировались и набирали обороты. В настоящее время модель OSI не используют. Она применяется только в качестве обучения сетям. Мое личное мнение, что модель OSI должен знать каждый уважающий себя админ как таблицу умножения. Хоть ее и не применяют в том виде, в каком она есть, принципы работы у всех моделей схожи с ней.

Состоит она из 7 уровней и каждый уровень выполняет определенную ему роль и задачи. Разберем, что делает каждый уровень снизу вверх:

1) Физический уровень (Physical Layer): определяет метод передачи данных, какая среда используется (передача электрических сигналов, световых импульсов или радиоэфир), уровень напряжения, метод кодирования двоичных сигналов.

2) Канальный уровень (Data Link Layer): он берет на себя задачу адресации в пределах локальной сети, обнаруживает ошибки, проверяет целостность данных. Если слышали про MAC-адреса и протокол «Ethernet», то они располагаются на этом уровне.

3) Сетевой уровень (Network Layer): этот уровень берет на себя объединения участков сети и выбор оптимального пути (т.е. маршрутизация). Каждое сетевое устройство должно иметь уникальный сетевой адрес в сети. Думаю, многие слышали про протоколы IPv4 и IPv6. Эти протоколы работают на данном уровне.

4) Транспортный уровень (Transport Layer): Этот уровень берет на себя функцию транспорта. К примеру, когда вы скачиваете файл с Интернета, файл в виде сегментов отправляется на Ваш компьютер. Также здесь вводятся понятия портов, которые нужны для указания назначения к конкретной службе. На этом уровне работают протоколы TCP (с установлением соединения) и UDP (без установления соединения).

5) Сеансовый уровень (Session Layer): Роль этого уровня в установлении, управлении и разрыве соединения между двумя хостами. К примеру, когда открываете страницу на веб-сервере, то Вы не единственный посетитель на нем. И вот для того, чтобы поддерживать сеансы со всеми пользователями, нужен сеансовый уровень.

6) Уровень представления (Presentation Layer): Он структурирует информацию в читабельный вид для прикладного уровня. Например, многие компьютеры используют таблицу кодировки ASCII для вывода текстовой информации или формат jpeg для вывода графического изображения.

7) Прикладной уровень (Application Layer): Наверное, это самый понятный для всех уровень. Как раз на этом уроне работают привычные для нас приложения — e-mail, браузеры по протоколу HTTP, FTP и остальное.

Самое главное помнить, что нельзя перескакивать с уровня на уровень (Например, с прикладного на канальный, или с физического на транспортный). Весь путь должен проходить строго с верхнего на нижний и с нижнего на верхний. Такие процессы получили название инкапсуляция (с верхнего на нижний) и деинкапсуляция (с нижнего на верхний). Также стоит упомянуть, что на каждом уровне передаваемая информация называется по-разному.

На прикладном, представления и сеансовым уровнях, передаваемая информация обозначается как PDU (Protocol Data Units). На русском еще называют блоки данных, хотя в моем круге их называют просто данные).

Информацию транспортного уровня называют сегментами. Хотя понятие сегменты, применимо только для протокола TCP. Для протокола UDP используется понятие — датаграмма. Но, как правило, на это различие закрывают глаза. На сетевом уровне называют IP пакеты или просто пакеты.

И на канальном уровне — кадры. С одной стороны это все терминология и она не играет важной роли в том, как вы будете называть передаваемые данные, но для экзамена эти понятия лучше знать. Итак, приведу свой любимый пример, который помог мне, в мое время, разобраться с процессом инкапсуляции и деинкапусуляции:

1) Представим ситуацию, что вы сидите у себя дома за компьютером, а в соседней комнате у вас свой локальный веб-сервер. И вот вам понадобилось скачать файл с него. Вы набираете адрес страницы вашего сайта. Сейчас вы используете протокол HTTP, которые работает на прикладном уровне. Данные упаковываются и спускаются на уровень ниже.

2) Полученные данные прибегают на уровень представления. Здесь эти данные структурируются и приводятся в формат, который сможет быть прочитан на сервере. Запаковывается и спускается ниже.

3) На этом уровне создается сессия между компьютером и сервером.

4) Так как это веб сервер и требуется надежное установление соединения и контроль за принятыми данными, используется протокол TCP. Здесь мы указываем порт, на который будем стучаться и порт источника, чтобы сервер знал, куда отправлять ответ. Это нужно для того, чтобы сервер понял, что мы хотим попасть на веб-сервер (стандартно — это 80 порт), а не на почтовый сервер. Упаковываем и спускаем дальше.

5) Здесь мы должны указать, на какой адрес отправлять пакет. Соответственно, указываем адрес назначения (пусть адрес сервера будет 192.168.1.2) и адрес источника (адрес компьютера 192.168.1.1). Заворачиваем и спускаем дальше.

6) IP пакет спускается вниз и тут вступает в работу канальный уровень. Он добавляет физические адреса источника и назначения, о которых подробно будет расписано в последующей статье. Так как у нас компьютер и сервер в локальной среде, то адресом источника будет являться MAC-адрес компьютера, а адресом назначения MAC-адрес сервера (если бы компьютер и сервер находились в разных сетях, то адресация работала по-другому). Если на верхних уровнях каждый раз добавлялся заголовок, то здесь еще добавляется концевик, который указывает на конец кадра и готовность всех собранных данных к отправке.

7) И уже физический уровень конвертирует полученное в биты и при помощи электрических сигналов (если это витая пара), отправляет на сервер.

Процесс деинкапсуляции аналогичен, но с обратной последовательностью:

1) На физическом уровне принимаются электрические сигналы и конвертируются в понятную битовую последовательность для канального уровня.

2) На канальном уровне проверяется MAC-адрес назначения (ему ли это адресовано). Если да, то проверяется кадр на целостность и отсутствие ошибок, если все прекрасно и данные целы, он передает их вышестоящему уровню.

3) На сетевом уровне проверяется IP адрес назначения. И если он верен, данные поднимаются выше. Не стоит сейчас вдаваться в подробности, почему у нас адресация на канальном и сетевом уровне. Это тема требует особого внимания, и я подробно объясню их различие позже. Главное сейчас понять, как данные упаковываются и распаковываются.

4) На транспортном уровне проверяется порт назначения (не адрес). И по номеру порта, выясняется какому приложению или сервису адресованы данные. У нас это веб-сервер и номер порта — 80.

5) На этом уровне происходит установление сеанса между компьютером и сервером.

6) Уровень представления видит, как все должно быть структурировано и приводит информацию в читабельный вид.

7) И на этом уровне приложения или сервисы понимают, что надо выполнить.

Много было написано про модель OSI. Хотя я постарался быть максимально краток и осветить самое важное. На самом деле про эту модель в Интернете и в книгах написано очень много и подробно, но для новичков и готовящихся к CCNA, этого достаточно. Из вопросов на экзамене по данной модели может быть 2 вопроса. Это правильно расположить уровни и на каком уровне работает определенный протокол.

Как было написано выше, модель OSI в наше время не используется. Пока разрабатывалась эта модель, все большую популярность получал стек протоколов TCP/IP. Он был значительно проще и завоевал быструю популярность. Вот так этот стек выглядит:

Как видно, он отличается от OSI и даже сменил название некоторых уровней. По сути, принцип у него тот же, что и у OSI. Но только три верхних уровня OSI: прикладной, представления и сеансовый объединены у TCP/IP в один, под названием прикладной. Сетевой уровень сменил название и называется — Интернет. Транспортный остался таким же и с тем же названием. А два нижних уровня OSI: канальный и физический объединены у TCP/IP в один с названием — уровень сетевого доступа. Стек TCP/IP в некоторых источниках обозначают еще как модель DoD (Department of Defence). Как говорит википедия, была разработана Министерством обороны США. Этот вопрос встретился мне на экзамене и до этого я про нее ничего не слышал. Соответственно вопрос: «Как называется сетевой уровень в модели DoD?», ввел меня в ступор. Поэтому знать это полезно.

Было еще несколько сетевых моделей, которые, какое то время держались. Это был стек протоколов IPX/SPX. Использовался с середины 80-х годов и продержался до конца 90-х, где его вытеснила TCP/IP. Был реализован компанией Novell и являлся модернизированной версией стека протоколов Xerox Network Services компании Xerox. Использовался в локальных сетях долгое время. Впервые IPX/SPX я увидел в игре «Казаки». При выборе сетевой игры, там предлагалось несколько стеков на выбор. И хоть выпуск этой игры был, где то в 2001 году, это говорило о том, что IPX/SPX еще встречался в локальных сетях.

Еще один стек, который стоит упомянуть — это AppleTalk. Как ясно из названия, был придуман компанией Apple. Создан был в том же году, в котором состоялся релиз модели OSI, то есть в 1984 году. Продержался он совсем недолго и Apple решила использовать вместо него TCP/IP.

Также хочу подчеркнуть одну важную вещь. Token Ring и FDDI — не сетевые модели! Token Ring — это протокол канального уровня, а FDDI это стандарт передачи данных, который как раз основывается на протоколе Token Ring. Это не самая важная информация, так как эти понятия сейчас не встретишь. Но главное помнить о том, что это не сетевые модели.

Вот и подошла к концу статья по первой теме. Хоть и поверхностно, но было рассмотрено много понятий. Самые ключевые будут разобраны подробнее в следующих статьях. Надеюсь теперь сети перестанут казаться чем то невозможным и страшным, а читать умные книги будет легче). Если я что-то забыл упомянуть, возникли дополнительные вопросы или у кого есть, что дополнить к этой статье, оставляйте комментарии, либо спрашивайте лично. Спасибо за прочтение. Буду готовить следующую тему.

habrahabr.ru

Основы организации сетей | Бесплатные курсовые, рефераты и дипломные работы

Читайте также:
  1. D) Организации и осуществления целенаправленного учебно– воспитательного процесса
  2. I этап. Миссия организации
  3. II этап. Цели организации
  4. II. Методические указания по организации семинарских занятий
  5. II. ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ И ТЕРМОДИНАМИКИ
  6. II. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ФИЛОСОФИИ
  7. II. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ФИЛОСОФИИ
  8. III Новые формы организации
  9. III. Методические рекомендации по организации самостоятельных работ
  10. III. Оборотные средства организации
  11. III. ОСНОВЫ СОЦИАЛЬНОЙ ФИЛОСОФИИ
  12. IV. 14.2. Физиологические основы эмоциональных состояний

Компьютерные сети разделяют на локальные (LAN —local area networks) и глобальные (WAN — wide area networks). Локальная сеть обычно состоит из компьютеров, объединенных в отдельный комплекс. Например, компьютеры, используемые в университете или … на предприятии, обычно связаны локальной сетью. Глобальная сеть объединяет машины, которые могут находиться и в соседних городах, и на разных концах света.

Сети также различают на основе того, является ли внутреннее строение сети всеобщим достоянием или же правами на него владеет какая-либо корпорация. Первые сети называются открытыми (open network), вторые — закрытыми (closed network). Интернет относится к открытым системам. Передача информации через Интернет управляется набором открытых стандартов, которые называются протоколом TCP/IP (на самом деле это комплект протоколов). А сетевые системы, устанавливаемые и поддерживаемые компанией Novell, являются закрытыми.

В основе другой классификации сетей лежит их топология, то есть структура соединения машин. Четыре основных вида сетей представлены на рис. 3.10: а — кольцо, в котором машины соединяются в круг; б — шина, когда машины подсоединены к общей линии связи, которая называется шиной; в — звезда, когда одна машина является ядром, к которому подключены все остальные машины; г — нерегулярная структура, когда машины соединены бессистемно. Глобальные сети обычно являются нерегулярными сетями, а локальные сети, как правило, являются кольцевыми или шинными, поскольку такая сеть чаще всего создается одной организацией.

Важно помнить, что связи между машинами не обязательно должны быть выполнены проводниками. Все более распространенными становятся беспроводные сети. Например, технология радиопередачи, когда передаваемый сигнал распространяется во всех направлениях, может использоваться для создания шинных сетей. В этом случае шина представляет собой не кабель, а одну из частот радиовещательного диапазона.

Иногда бывает необходимо соединить две существующие сети. Если эти сети совместимы, то их можно соединить с помощью устройства связи, которое называется мостом (bridge). Например, когда нужно объединить две шинные сети, можно использовать мост в качестве средства связи между двумя сетями (рис. 3.11, а). Суть заключается в том, что когда две сети связываются с помощью моста, в результате получается просто более крупная сеть.

Однако часто необходимо связать две сети, характеристики которых не совместимы. Например, характеристики сети с топологией звезды не совместимы с характеристиками шинной. В таких случаях создается сеть из сетей, которая называется интерсетью (internet), при этом исходные сети сохраняют свое строение и продолжают функционировать как независимые сети. Они просто соединены, чтобы передавать сообщения между сетями, от машины одной сети к машине другой.

Соединение двух сетей в интерсеть осуществляется с помощью маршрутизатора (router), который представляет собой машину, принадлежащую одновременно двум сетям и передающую сообщения от машин одной сети к машинам другой (рис. 3.11, б). Обратите внимание на то, что функции, выполняемые маршрутизатором, гораздо сложнее функций, выполняемых мостом, поскольку маршрутизатор должен преобразовывать данные согласно индивидуальным характеристикам исходных сетей.

Интернет

Наиболее ярким примером интерсети является Интернет (Internet), который развился из исследовательской программы, созданной в 1973 году Управлением перспективных исследовательских проектов (Defense Advanced Research Project Agency — DARPA). Целью этого проекта был поиск средств объединения множества различных компьютерных сетей, чтобы они могли функционировать как единая надежная связная система. Сегодня Интернет является всемирным соединением глобальных и локальных сетей, содержащих миллионы машин.

refac.ru

НОУ ИНТУИТ | Лекция | Основы организации сети

Аннотация: Содержит общие сведения о работе с компьютерными сетями. Приводится объяснение некоторых сетевых терминов и концепций, о которых пойдет речь в курсе.

Перед тем как погрузиться в подробное изучение Windows XP Professional, давайте познакомимся с общими концепциями построения сетей и соответствующей терминологией. Знание этих базовых положений пригодится нам при рассмотрении более сложных вопросов. В лекции приведен обзор концепций сетевой работы, включая общие понятия о том, как компьютер обрабатывает данные и как это используется при организации сетевого взаимодействия. Дополнительно рассказывается о семиуровневой модели взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnect, OSI), о сетевых протоколах, с которыми вы встретитесь при работе с Windows XP Professional, о сетях Ethernet и гигабитный Ethernet и беспроводном оборудовании. Завершит лекцию обзор технологий глобальных сетей (Wide Area Network, WAN).

Если вы хорошо разбираетесь в организации сетей, то можете пропустить эту лекцию.

Биты и байты

Перед тем как приступить к изучению сетей и их организации, давайте разберемся в технологии работы компьютера. Это важно, поскольку способы обработки информации внутри машины действительны и для сетевых технологий. В этом разделе мы рассмотрим, как компьютеры обмениваются данными.

Представление данных в компьютере

Для большинства пользователей является загадкой, что же происходит в "том углу", где находится сервер и концентратор. Некоторые настолько запутались в работе своего компьютера, что им нет никакого дела до сервера и до того, что "эти компьютерщики" с ним делают. На самом же деле серверы, как и другое сетевое оборудование, - это просто компьютеры. Основное различие между рабочей станцией, сервером и маршрутизатором состоит в их конфигурации.

У сетевых устройств, в отличие от обычных компьютеров, нет мониторов и дисководов. Так происходит потому, что они выполняют одну-единственную функцию - передают трафик. Им не нужно хранить информацию или выводить ее на дисплей. Сетевые устройства, как и персональные компьютеры, имеют центральный процессор, память и операционную систему.

Двоичные сообщения состоят из битов

Для обмена данными компьютеры, образующие сеть, должны передавать друг другу электрические сигналы при помощи различных аппаратных средств (о которых мы поговорим позже). Эти сигналы проходят по лабиринту транзисторов и микросхем внутри компьютера, а затем отправляются по соединительным кабелям к другим сетевым устройствам.

Во время передачи от одного устройства к другому сигнал сначала попадает на сетевую интерфейсную плату (Network Interface Card, NIC), или сетевой адаптер. Сетевой адаптер преобразует электрические волновые импульсы в данные, понятные компьютеру. Он интерпретирует каждый волновой импульс как одно из состояний: включено (on) или выключено (off). Этот процесс называется преобразованием в двоичную форму. Состояние on означает двоичное число 1, а состояние off - 0. Данные, поступившие в компьютер, превращаются в биты. Файл, состоящий из битов, называется двоичным файлом.

Примечание. В оптоволоконных сетях в двоичную форму переводятся световые импульсы, также представляющие собой сигналы on и off.

Колебания напряжения электрических импульсов (своего рода азбука Морзе) преобразуются в двоичную форму. Естественно, эти колебания происходят за очень короткие промежутки времени. Период времени между двумя колебаниями называется циклом, обратная величина к периоду называется частотой, частота измеряется в герцах (Гц). Так, процессор в сетевой плате, работающий со скоростью 100 Мб/с, генерирует сто миллионов импульсов в секунду.

Что такое байты

Мы уже сказали, что биты являются основными блоками при обработке данных. Это действительно так, но компьютеру неудобно обрабатывать информацию по одному биту в каждый момент времени. Это выглядит так, как если бы вы, решив построить во дворе печь для барбекю, шли в магазин, приносили один кирпич, укладывали его и шли за следующим. Ясно, что вы сразу купите столько кирпичей, сколько вам требуется, а затем приступите к строительству.

Примерно так и компьютер обрабатывает биты - он собирает их в группы по 8 битов в каждой, которые называются байтами. Байт считается единицей информации. Один символ, введенный с клавиатуры, представляется одним байтом. Буква "к" в слове "клавиатура" - это 1 байт или 8 битов. Все слово "клавиатура" состоит из 10 байтов или 80 битов.

Объединение битов в байты - это логичный способ повышения эффективности работы компьютера. В результате система функционирует быстрее, ее легче программировать и отлаживать. Определение места расположения отдельного бита является задачей компьютера.

Компьютерные слова

Хотя приложения (а следовательно, их пользователи и разработчики) манипулируют байтами, компьютеры все-таки должны обрабатывать каждый отдельный бит. Операция перевода битов в байты в центральном процессоре может занять слишком много времени. Для ускорения этого процесса используются слова. Слова состоят из байтов так же, как байты состоят из битов. Слово включает в себя то количество байтов, которое процессор способен обработать за один цикл.

Например, процессор типа Intel Pentium III является 32-битным. Это означает, что он обрабатывает 32 бита (или 4 байта) за один полный цикл. С развитием технологий скорость обработки данных процессором возрастает. В результате на место 32-битного процессора приходит 64-битный, такой как Itanium, манипулирующий восьмибайтовыми словами.

Архитектура компьютера

Архитектура компьютера - это состав всех его компонентов. В напечатанном виде такая подробная схема займет несколько сотен страниц. И все же некоторые компоненты остаются абстрактными. Точная реализация этих специфических участков архитектуры является задачей разработчиков.

Отделение архитектуры от спецификации продуктов реализуется с помощью уровней абстракции. Уровень абстракции - это фиксированный интерфейс между двумя компонентами системы. Этот уровень отслеживает отношения между функциями и их реализацией c обеих сторон.

Уровни абстракции становятся полезны тогда, когда в одном компоненте системы происходят изменения. В этом случае не требуется модификация другого компонента, поскольку уровни абстракции гарантируют совместимость:

  • между различными компонентами внутри системы;
  • между различными продуктами, реализующими архитектуру.

Абстракция - это всегда "головная боль", но она решает множество проблем. Например, позволяет различным командам разработчиков работать над проектами, дающими одинаковый результат. Примером служат DVD-дисководы, которые создаются различными производителями, но при этом отвечают DVD-спецификациям.

Существует несколько типов архитектур компьютера различной степени открытости. Наиболее хорошо изученной считается архитектура Microsoft/Intel 80x86. Другие архитектуры включают в себя Java, дисковые массивы RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks) и прочее. Самой важной архитектурой является эталонная модель OSI, благодаря которой возможно существование интернета и связь между различными компьютерными платформами.

Примечание. О модели OSI мы будем рассказывать позже в разделе "Модель взаимодействия открытых систем".

www.intuit.ru

Скачать Основы организации сетей Cisco том 2

Данная книга является введением в персональный компьютер IBM и его язык ассемблера. Хотя основное внимание здесь уделено программированию на языке ассемблера, этот текст описывает также программные аспекты основных особенностей аппаратного обеспечения машины. Вы узнаете как работают устройства ввода...

0.57 МБ

9.1

скачиваний: 3450

Классика программирования от преподавателей MIT. Студенты этого небезызвестного учебного заведения начинают своё знакомство с программированием именно с этой книги.

2004 год

3.56 МБ

0.0

скачиваний: 3791

Книга 1С:Предприятие 8.3. Практическое пособие разработчика. Примеры и типовые приемы представляет собой пособие, позволяющее быстро освоить приемы разработки и модификации прикладных решений на платформе 1С:Предприятие 8.3. На примере создания реального прикладного решения показана структура различ...

2013 год

44.53 МБ

8.0

скачиваний: 14728

Весьма удачный электронный учебник по HTML для начинающих. От автора: "Я писала это руководство в расчете на людей начинающих, вспоминая, как когда-то начинала сама. Это не сухое изложение всего подряд, это попытка поработать на ассоциациях, сделать все более легко запоминающимся. Мне кое-где н...

0.2 МБ

9.1

скачиваний: 5840

Эта книга научит вас работать в Microsoft Excel - одной из самых популярных и востребованных офисных программ. Книга написана простым, доступным языком, снабжена практическими примерами и заданиями для самостоятельного освоения материала и предназначена для самого широкого круга пользователей. В изд...

2014 год

2.48 МБ

0.0

скачиваний: 4191

Java нельзя понять, взглянув на него только как на коллекцию некоторых характеристик, — необходимо понять задачи этого языка как частные задачи программирования в целом. Эта книга — о проблемах программирования: почему они стали проблемами и какой подход использует Java в их решении. ...

2009 год

5.38 МБ

8.3

скачиваний: 4004

Первый том серии книг "Искусство программирования" начинается с описания основных понятий и методов программирования. Затем автор сосредоточивается на рассмотрении информационных структур - представлении информации внутри компьютера, структурных связях между элементами данных и способах эф...

5.62 МБ

9.8

скачиваний: 5354

Эта книга поможет начинающим разработчикам, не знакомым с SQL, освоить язык запросов «1С:Предприятия». Книга также будет полезна и тем, кто имеет опыт составления SQL-запросов в других средах разработки, поскольку язык запросов «1С:Предприятия» содержит значительное количеств...

2013 год

29.85 МБ

0.0

скачиваний: 3304

Эта электронная книга подробно рассказывает о современных методах построения и анализа алгоритмов. В ней подробно разобрано много конкретных алгоритмов. О них стараются рассказать понятно, не опуская деталей и не жертвуя строгостью изложения. Алгоритмы записаны в виде "псевдокода" и проком...

4.55 МБ

8.9

скачиваний: 7551

В учебнике изложены основные разделы дискретной математики и описаны важнейшие алгоритмы на дискретных структурах данных. Основу книги составляет материал лекционного курса, который автор читает в Санкт-Петербургском государственном техничесском университете последние полтора десятилетия. Для студен...

2000 год

2.32 МБ

9.5

скачиваний: 3565

mexalib.com

Скачать Основы организации сетей Cisco.Том 1.2002

Эта книга позволяет достичь полного понимания технологий Cisco, чаще всего применяемых в сетях основных типов. Без этого невозможно выполнять настройку конфигурации, проектировать и устранять нарушения в работе сетей самых различных типов, созданных на основе продуктов Cisco. В ней подробно рассматр...

2004 год

147.09 МБ

0.0

скачиваний: 2217

Издание представляет собой краткий учебный курс, в котором последовательно рассматриваются основные аспекты архитектуры и технологии современных компьютерных сетей. В книге освещены вопросы главных концепций, являющихся фундаментом компьютерных сетей, технологии проводных, беспроводных локальных сет...

2009 год

93.77 МБ

7.8

скачиваний: 3972

В книге подробно описан набор протоколов ТСР/IP, включающий в себя протоколы межсетевого обмена (IP), управления передачей данных (TCP), в частностипередачей файлов (FTP, TFTP), и др. Объяснены механизмы распределения адресов, структура адресного пространства Internet; доменная служба имен (DNS), ра...

2001 год

32.53 МБ

0.0

скачиваний: 2936

Новое издание одного из лучших российских учебников по сетевым технологиям можно считать юбилейным. Прошло ровно 10 лет с момента первой публикации книги «Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы». За это время книга приобрела широкую популярность в России, была издана на англи...

2010 год

45.49 МБ

9.3

скачиваний: 10743

Что такое компьютерные сети? Всего-навсего несколько компьютеров и соединяющие их провода? И да, и нет. Причем «нет» прежде всего потому, что устройство и механизм работы каждой сети уникальны и далеко не так просты, как может показаться рядовому пользователю. Данная книга содержит всю н...

2010 год

6.85 МБ

8.3

скачиваний: 2507

Рассматриваются вопросы организации сетевых архитектур, типы, топология, методы доступа, среда передачи, аппаратные компоненты компьютерных сетей, а также методы пакетной передачи данных, модель OSI, задачи и функции по уровням модели OSI. Описываются локальные сети, технологии доступа к глобальным ...

2008 год

4.19 МБ

0.0

скачиваний: 2064

Третье издание книги «TCP/IP. Сетевое администрирование» - это полноценное руководство по настройке и сопровождению сети TCP/IP, которое предназначается как системным администраторам, так и пользователям домашних компьютеров с доступом к сети Интернет. Повествование начинается с основ: з...

1988 год

24.63 МБ

0.0

скачиваний: 2964

Эта книга - не о конкретной системе и даже не о конкретном типе операционных систем. Она рассматривает фундаментальные концепции и принципы построения, справедливые для большинства известных на сегодня операционных систем. В первую очередь это издание рекомендуется студентам и аспирантам различных с...

2002 год

5.9 МБ

0.0

скачиваний: 1952

5.8 МБ

7.4

скачиваний: 2217

Эта книга посвящена созданию простой сети. В современном мире для обеспечения оперативного обновления программного обеспечения, быстрого обмена любого рода информацией, а также использования электронной почты просто необходимо соединять компьютеры в сеть. В настоящее время для этого даже не нужно до...

2007 год

5.3 МБ

0.0

скачиваний: 1816

mexalib.com

Основы компьютерной коммуникации. Принципы организации и основные топологии вычислительных сетей.

Количество просмотров публикации Основы компьютерной коммуникации. Принципы организации и основные топологии вычислительных сетей. - 562

Локальные и глобальные сети ЭВМ. Защита информации в сетях

Появление персональных компьютеров потребовало нового подхода к организации системы обработки данных, к созданию новых информационных технологий. Возникла потребность перехода от использования отдельных ЭВМ в системах централизованной обработки данных к распределœенной обработке данных.

Распределœенная обработка данных — это обработка данных, выполняемая на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределœенную систему.

Компьютерная (вычислительная) сеть — это совокупность компьютеров и терминалов, соединœенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределœенной обработки данных.

Абонентами сети (т. е. объектами, генерирующими или потребляющими информацию в сети) бывают отдельные компьютеры, комплексы ЭВМ, терминалы, промышленные роботы, станки с числовым программным управлением и т. д.

1) Учитывая зависимость оттерриториального расположения абонентов компьютерные сети делятся на:

Глобальные — вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континœентах. Глобальные вычислительные сети позволяют решить проолему объединœения информационных ресурсов человечества и организации доступа к этим ресурсам;

Региональные — вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов большого города, экономического региона, отдельной страны;

Локальные — вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. К классу локальных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, офисов и т. д.

Объединœение глобальных, региональных и локальных компьютерных сетей позволяет создавать многосœетевые иерархии, обеспечивающие мощные средства обработки огромных информационных массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам.

Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга (в пределах 10-15 км). Обычно такие сети строятся в пределах одного предприятия или организации.

Информационные системы, построенные на базе локальных вычислительных сетей, обеспечивают решение следующих задач:

§ хранение данных;

§ обработка данных;

§ организация доступа пользователœей к данным;

§ передача данных и результатов их обработки пользователям.

Компьютерные сети реализуют распределœенную обработку данных. Здесь обработка данных распределяется шежду двумя объектами: клиентом и сервером. В процессе обработки данных клиент формирует запрос к серверу на выполнение сложных процедур. Размещено на реф.рфСервер выполняет запрос и результаты выполнения передает клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту. Подобная модель вычислительной сети получила название архитектуры клиент — сервер.

2) По признаку распределœения функций локальные компьютерные сети делятся на одноранговые и двухранговые(иерархические сети или сети с выделœенным сервером).

В одноранговой сети компьютеры равноправны по отношению друг к другу. Каждый пользователь в сети решает сам, какие ресурсы своего компьютера он предоставит в общее пользование. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, компьютер выступает и в роли клиента͵ и в роли сервера. Одноранговое разделœение ресурсов является вполне приемлемым для малых офисов с 5-10 пользователями, объединяя их в рабочую группу.

Двухранговая сетьорганизуется на базе сервера, на котором регистрируются пользователи сети.

Важно заметить, что для современных компьютерных сетей типичной является смешанная сеть, объединяющая рабочие станции и серверы, причем часть рабочих станций образует одноранговые сети, а другая часть принадлежит двухранговым сетям.

Топология сети.

Топология сети — это ее геометричес­кая форма (расположение компьютеров по отношению друг к другу).

Одним из подходов к классификации топологий ЛВС является выделœение двух базовых классов топологий: широковещательныхи последовательных.

В широковещательных конфигурациях каждый ПК передает сигналы, которые бывают восприняты остальными компьютерами. К таким конфигурациям относятся топологии ʼʼобщая шинаʼʼ, ʼʼдеревоʼʼ, ʼʼзвезда с пассивным центромʼʼ. Сеть типа ʼʼзвезда с пассивным центромʼʼ можно рассматривать как разновидность ʼʼдереваʼʼ, имеющего корень с ответвлением к каждому подключенному устройству.

В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному персональному ПК. Примерами последовательных конфигураций являются: произвольная (произвольное соединœение ПК), иерархическая, ʼʼкольцоʼʼ, ʼʼзвезда с интеллектуальным центромʼʼ, ʼʼснежинкаʼʼ и др.

Рассмотрим три основ­ные базовые топологии: ʼʼшинаʼʼ, ʼʼкольцоʼʼ, ʼʼзвездаʼʼ

1) Топология ʼʼШинаʼʼ

Данная топология предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются всœе компьютеры. Информация по нему передается компьютерами поочередно.

Достоинством такой топологии является, как правило, меньшая протяженность кабеля, простота добавления новых узлов в сеть, недорогое сетевое оборудование а также более высокая надежность чем, у звезды, так как выход из строя отдельной станции не нарушает работоспособности сети в целом.

Недостатки: сложность сетевого оборудования, сложность диагностики неисправности сетевого оборудования из-за того обрыв кабеля влечет за собой выход из строя всœей сети, ограничение на максимальную длину линий связи из-за того, что сигналы при передаче ослабляются и никак не восстанавливаются, а также слабая защищенность информации в системе на физическом уровне, так как сообщения, посылаемые одним компьютером другому, в принципе бывают приняты на любом другом компьютере.

2) Топология ʼʼКольцоʼʼ

При кольцевой топологии данные передаются от одного ПК к другому по эстафете. В случае если ПК получает данные, предназначенные не ему, он передаёт их дальше по кольцу. Адресат предназначенные ему данные никуда не передаёт.

Достоинства: более высокая надежность системы при разрывах кабелœей, чем в случае топологии с общей шиной, так как к каждому компьютеру есть два пути доступа, большое количество узлов, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ можно подключить к сети (более 1000) высокая устойчивость к перегрузкам.

К недостаткам относится большая протяженность кабеля, невысокое быстродействие по сравнению со ʼʼзвездойʼʼ, а также слабая защищенность информации, как и при топологии с общей шиной.

3) Топология ʼʼЗвездаʼʼ

Более сложная, классическая сетевая структура предусматривает подключение компьютеров не друг к другу, а к специальному устройству – хабу – с использованием более скоростного кабеля (его окрестили Тонкий Ethernet или Fast Ethernet - скорость передачи 100 Мбит/с) на базе витой пары. Такая архитектура принято называть звездой.

Достоинства: выход из строя периферийного компьютера никак не отражается на функционировании оставшейся части сети; простота используемого сетевого оборудования; всœе точки подключения собраны в одном месте, что позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности сети путем отключения от центра тех или иных периферийных устройств; не происходит затухания сигналов.

Недостатком такой топологии является низкая надежность, так как выход из строя центрального узла приводит к потере работоспособности всœей сети, жесткое ограничение количества периферийных компьютеров а так же большая протяженность кабелœей. Иногда для повышения надежности в центральном узле ставят специальное релœе, позволяющее отключать вышедшие из строя кабельные лучи.

Топология реальной ЛВС может в точности повторять одну из приведённых выше или включать их комбинацию. Структура сети в общем случае определяется следующими факторами: количеством объединяемых ПК, требованиями по надежности, оперативности передачи информации, экономическими соображениями.

Архитектура сети— это реализованная структура сети передачи данных, определяющая её топологию, состав устройств и правила их взаимодействия в сети. В рамках архитектуры сети рассматриваются вопросы кодирования информации, её адресации и передачи, управления потоком сообщений, контроля ошибок и анализа работы сети в аварийных ситуациях и при ухудшении характеристик.

  • Ethernet (англ. ether — эфир) — широковещательная сеть. Это значит, что всœе станции сети могут принимать всœе сообщения. Топология — линœейная или звездообразная. Скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/сек.
  • Arcnet (Attached Resource Computer Network — компьютерная сеть соединённых ресурсов) — широковещательная сеть. Физическая топология — дерево. Скорость передачи данных 2,5 Мбит/сек.
  • Token Ring (эстафетная кольцевая сеть, сеть с передачей маркера) — кольцевая сеть, в которой принцип передачи данных основан на том, что каждый узел кольца ожидает прибытия некоторой короткой уникальной последовательности битов — маркера — из смежного предыдущего узла. Поступление маркера указывает на то, что можно передавать сообщение из данного узла дальше по ходу потока. Скорость передачи данных 4 или 16 Мбит/сек.
  • FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — сетевая архитектура высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи — 100 Мбит/сек. Топология — двойное кольцо или смешанная (с включением звездообразных или древовидных подсетей). Максимальное количество станций в сети — 1000. Очень высокая стоимость оборудования.
  • АТМ (Asynchronous Transfer Mode) — перспективная, пока ещё очень дорогая архитектура, обеспечивает передачу цифровых данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям. Скорость передачи до 2,5 Гбит/сек. Линии связи оптические.

Трансиверы повышают уровень качества передачи данных по кабелю, отвечают за приём сигналов из сети и обнаружение конфликтов. Хабы (концентраторы) и коммутирующие хабы (коммутаторы) расширяют топологические, функциональные и скоростные возможности компьютерных сетей. Хаб с набором разнотипных портов позволяет объединять сегменты сетей с различными кабельными системами.

Повторители (репитеры) усиливают сигналы, передаваемые по кабелю при его большой длинœе.

Мост (англ. Bridge) — связывает две локальные сети. Передаёт данные между сетями в пакетном виде, не производя в них никаких изменений.

Маршрутизатор (англ. Router) объединяет сети с общим протоколом более эффективно, чем мост. Он позволяет, к примеру, расщеплять большие сообщения на более мелкие куски, обеспечивая тем самым взаимодействие локальных сетей с разным размером пакета.

Шлюз (англ. GateWay), в отличие от моста͵ применяется в случаях, когда соединяемые сети имеют различные сетевые протоколы.

Мостовой маршрутизатор (англ. Brouter) — это гибрид моста и маршрутизатора, который сначала пытается выполнить маршрутизацию, где это только возможно, а затем, в случае неудачи, переходит в режим моста.

В общем случае компьютерная сеть представляется совокупностью трех вложенных друг в друга подсистем: 1) сети рабочих станций, 2) сети серверов и 3) базовой сети передачи данных.

Рабочая станция (клиентская-машина, рабочее место, абонентский пункт, терминал) — это компьютер, за которым непосредственно работает абонент компьютерной сети. Сеть рабочих станций представлена совокупностью рабочих станций и средств связи, обеспечивающих взаимодействие рабочих станций с сервером и между собой.

Сервер — это компьютер, выполняющий общие задачи компьютерной сети и предоставляющий услуги рабочим станциям. Сеть серверов — это совокупность серверов и средств связи, обеспечивающих подключение серверов к базовой сети передачи данных.

Базовая сеть передачи данных — это совокупность средств передачи данных между серверами. Она состоит из каналов связи и узлов связи. Узел связи — это совокупность средств коммутации и передачи данных в одном пункте. Узел, связи принимает данные, поступающие по каналам связи, и передает данные в каналы, ведущие к абонентам.

Базовыми требованиями, определяющими архитектуру компьютерных сетей, являются следующие:

§ открытость — возможность включения дополнительных компьютеров, терминалов, узлов и линий связи без изменения технических и программных средств существующих компонентов;

§ живучесть — сохранение работоспособности при изменении структуры;

§ адаптивность — допустимость изменения типов компьютеров, терминалов, линий связи, операционных систем;

§ эффективность— обеспечение требуемого качества обслуживания пользователœей при минимальных затратах;

§ безопасность информации. Безопасность — это способность сети обеспечить защиту информации от несанкционированного доступа.

Базовые принципы организации компьютерной сети определяют ее основные характеристики:

§ операционные возможности — перечень базовых действий по обработке данных. Абоненты сети имеют возможность использовать память и процессоры многих компьютеров для хранения и обработки данных. Предоставляемая компьютерной сетью возможность параллельной обработки данных многими компьютерами и дублирования необходимых ресурсов позволяет сократить время решения задач, повысить надежность системы и достоверность результатов;

§ производительность — представляет собой суммарную производительность компьютеров, участвующих в решении задачи пользователя;

§ время доставки сообщений— определяется как статистическое среднее время от момента передачи сообщения в сеть до момента получения сообщения адресатом;

§ стоимость предоставляемых услуᴦ.

referatwork.ru

Основы сетей | Блог любителя экспериментов

Доброго времени, уважаемые читатели блога www.k-max.name. В сегодняшней статье опишу немного теории о компьютерных сетях и о том, как настроить сеть в Linux, как продиагностировать сеть в Linux и поддерживать в рабочем состоянии сетевую подсистему в Linux.  Когда статья начинала формироваться, планировалось уложиться в одну, но к завершению, размеры статьи стали неподъемные, было решено разделить статью на две: теория сетей и работа сетевой подсистемы в линукс. Ну что ж, начнем с теории...

Стек протоколов TCP/IP

Собственно, что есть сеть? Сеть - это более 2х компьютеров, объединенных между собой какими-то проводами каналами связи, в более сложном примере - каким-то сетевым оборудованием и обменивающиеся между собой информацией по определенным правилам. Эти правила "диктуются" стеком протоколов TCP/IP.

Transmission Control Protocol/Internet Protocol (Стек протоколов TCP/IP) - если сказать простым языком, это набор взаимодействующих протоколов разных уровней (можно дополнить, что каждый уровень взаимодействует с соседним, то есть состыковывается, поэтому и стек, имхо, так проще понять), согласно которым происходит обмен данными в сети. Каждый протокол - это набор правил, согласно которым происходит обмен данными. Итого, стек протоколов TCP/IP - это набор наборов правил Тут может возникнуть резонный вопрос: а зачем же иметь много протоколов? Неужели нельзя обмениваться всем по одному протоколу?

Все дело в том, что каждый протокол описывает строго отведенные ему правила. Кроме того, протоколы разделены по уровням функциональности, что позволяет работе сетевого оборудования и программного обеспечения становится гораздо проще, прозрачнее и выполнять "свой" круг задач. Для разделения данного набора протоколов по уровням была разработана модель сетевого  взаимодействия OSI (англ. Open Systems Interconnection Basic Reference Model, 1978 г., она же - базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем). Модель OSI состоит из семи различных уровней. Уровень отвечает за отдельный участок в работе коммуникационных систем, не зависит от рядом стоящих уровней – он только предоставляет определённые услуги. Каждый уровень выполняет свою задачу в соответствии с набором правил, называемым протоколом. Проиллюстрировать работу модели OSI можно следующим рисунком: Как передаются данные?

Из рисунка видно, что существует 7 уровней сетевого взаимодействия, которые делятся на: прикладной, представлений, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный, физический. Каждый из уровней содержит свой набор протоколов. Список протоколов по уровням взаимодействия хорошо представлен в Википедии:

Сам стек протоколов TCP/IP развивался параллельно с принятием модели OSI и "не пересекался" с ней, в результате получилось небольшое разногласие в несоответствии стека протоколов и уровней модели OSI. Обычно, в стеке TCP/IP верхние 3 уровня (прикладной, представления и сеансовый) модели OSI объединяют в один — прикладной. Поскольку в таком стеке не предусматривается унифицированный протокол передачи данных, функции по определению типа данных передаются приложению. Упрощенно интерпретацию стека TCP/IP относительно модели OSI можно представить так:

Данную модель сетевого взаимодействия еще называют модель DOD (от бурж. Department of Defense — Министерство обороны США). Итак, общее представление о сетевом взаимодействии рассмотрели. Для более глубокого понимания сути вопроса, могу посоветовать скачать и почитать книгу (Вито Амато "Основы организации сетей Cisco Т1 и Т2"), ниже.

Адресация

В сети, построенной на стеке протоколов TCP/IP каждому хосту (компьютеру или устройству подключенному к сети) присвоен IP-адрес. IP-адрес представляет собой 32-битовое двоичное число. Удобной формой записи IP-адреса (IPv4) является запись в виде четырёх десятичных чисел (от 0 до 255), разделённых точками, например, 192.168.0.1. В общем случае, IP-адрес делиться на две части: адрес сети (подсети) и адрес хоста:

Как видно из иллюстрации, есть такое понятие как сеть и подсеть. Думаю, что из значений слов понятно, что IP адреса делятся на сети, а сети в свою очередь делятся на подсЕти с помощью маски подсетИ (корректнее будет сказать: адрес хоста может быть разбит на подсЕти). Изначально, все IP адреса были поделены на определенные группы (классы адресов/сети). И существовала классовая адресация, согласно которой сети делились на строго определенные изолированные сети:

Нетрудно посчитать, что всего в пространстве адресов IP - 128 сетей по 16 777 216 адресов класса A, 16384 сети по 65536 адресов класса B и 2 097 152 сети по 256 адресов класса C, а также 268 435 456 адресов многоадресной рассылки и 134 317 728 зарезервированных адресов. С ростом сети Интернет эта система оказалась неэффективной и была вытеснена CIDR (бесклассовой адресацией), при которой количество адресов в сети определяется маской подсети.

Существует так же классификация IP адресов, как "частные" и "публичные". Под частные (они же локальные сети) сети зарезервированы следующие диапазоны адресов:

  • 10.0.0.0 — 10.255.255.255 (10.0.0.0/8 или 10/8),
  • 172.16.0.0 — 172.31.255.255 (172.16.0.0/12 или 172.16/12),
  • 192.168.0.0 — 192.168.255.255 (192.168.0.0/16 или 192.168/16).
  • 127.0.0.0 — 127.255.255.255 зарезервировано для петлевых интерфейсов (не используется для обмена между узлами сети), т.н. localhost

Кроме адреса хоста в сети TCP/IP есть такое понятие как порт. Порт является числовой характеристикой какого-то системного ресурса. Порт выделяется приложению, выполняемому на некотором сетевом хосте, для связи с приложениями, выполняемыми на других сетевых хостах (в том числе c другими приложениями на этом же хосте). С программной точки зрения, порт есть область памяти, которая контролируется каким-либо сервисом.

Для каждого из протоколов TCP и UDP стандарт определяет возможность одновременного выделения на хосте до 65536 уникальных портов, идентифицирующихся номерами от 0 до 65535. Соответствие номера порта и службы, использующей этот номер можно посмотреть в файле /etc/services или на сайте http://www.iana.org/assignments/port-numbers. Весь диапазон портов делиться на 3 группы:

  • 0 до 1023, называемые привилегированными или зарезервированными (используются для системных и некоторых популярных программ)
  • 1024 — 49151 называются зарегистрированными портами.
  • 49151 — 65535 называются динамическими портами.

IP протокол, как видно из иллюстраций находится ниже TCP и UDP в иерархии протоколов и отвечает за передачу и маршрутизацию информации в сети. Для этого, протокол IP заключает каждый блок информации (пакет TCP или UDP) в другой пакет - IP пакет или дейтаграмма IP, который хранит заголовок о источнике, получателе и маршруте.

Если провести аналогию с реальным миром, сеть TCP/IP - это город. Названия улиц и проулков - это сети и подсети. Номера строений - это адреса хостов. В строениях, номера кабинетов/квартир - это порты. Точнее, порты - это почтовые ящики, в которые ожидают прихода корреспонденции получатели (службы). Соответственно, номера портов кабинетов 1,2 и т.п. обычно отдаются директорам и руководителям, как привилегированным, а рядовым сотрудникам достаются номера кабинетов с большими цифрами. При отправке и доставке корреспонденции, информация упаковывается в конверты (ip-пакеты), на которых указывается адрес отправителя (ip и порт) и адрес получателя (ip и порт). Простым языком как-то так...

Следует отметить, что протокол IP не имеет представления о портах, за интерпретацию портов отвечает TCP и UDP, по аналогии TCP и UDP не обрабатывают IP-адреса.

Для того чтобы не запоминать нечитаемые наборы цифр в виде IP-адресов, а указывать имя машины в виде человекопонятного имени "придумана" такая служба как DNS (Domain Name Service), которая заботится о преобразовании имен хостов в IP адрес и представляет собой огромную распределенную базу данных. Об этой службе я обязательно напишу в будущих постах, а пока нам достаточно знать, что для корректного преобразования имен в адреса на машине должен быть запущен демон named или система должна быть настроена на использование службы DNS провайдера.

Маршрутизация

Давайте рассмотрим (на иллюстрации) пример инфраструктуры с несколькими подсетями. Может возникнуть вопрос, а как же один компьютер соединиться с другим? Откуда он знает, куда посылать пакеты?

Для разрешения этого вопроса, сети между собой соединены шлюзами (маршрутизаторами). Шлюз - это тот же хост, но имеющий соединение с двумя и более сетями, который может передавать информацию между сетями и направлять пакеты в другую сеть. На рисунке роль шлюза выполняет pineapple и papaya, имеющих по 2 интерфейса, подключенные к разным сетям.

Чтобы определить маршрут передачи пакетов, IP использует сетевую часть адреса (маску подсети). Для определения маршрута, на каждой машине в сети имеется таблица маршрутизации (routing table), которая хранит список сетей и шлюзов для этих сетей.  IP "просматривает" сетевую часть адреса назначения в проходящем пакете и если для этой сети есть запись в таблице маршрутизации, то пакет отправляется на соответствующий шлюз.

В Linux ядро операционной системы хранит таблицу маршрутизации в файле /proc/net/route. Просмотреть текущую таблицу маршрутизации можно командой netstat -rn (r - routing table, n - не преобразовывать IP в имена) или route. Первая колонка вывода команды netstat -rn (Destination - назначение) содержит адреса сетей (хостов) назначения. При этом, при указании сети, адрес  обычно заканчивается на ноль. Вторая колонка (Gateway) - адрес шлюза для указанного в первой колонке хоста/сети. Третья колонка (Genmask) - маска подсети, для которой работает данный маршрут. Колонка Flags дает информацию об адресе назначения (U - маршрут работает (Up), N - маршрут для сети (network), H - маршрут для хоста и т.п.). Колонка MSS показывает число байтов, которое может быть отправлено за 1 раз, Window - количество фреймов, которое может быть отправлено до получения подтверждения, irtt - статистика использования маршрута, Iface - указывает сетевой интерфейс, используемый для маршрута (eth0, eth2 и т.п.)

Как видно в примере ниже, первая запись (строка) указана для сети 128.17.75, все пакеты для данной сети будут отправлены на шлюз 128.17.75.20, который является IP адресом самого хоста. Вторая запись  - это маршрут по умолчанию, который применяется ко всем пакетам, посылаемым в сети, не указанные в данной таблице маршрутизации. Здесь маршрут лежит через хост papaya (IP 128.17.75.98), который можно считать дверью во внешний мир. Данный маршрут должен быть прописан на всех машинах сети 128.17.75, которые должны иметь доступ к другим сетям. Третья запись создана для петлевого интерфейса. Данный адрес используется, если машине необходимо подключиться к самой себе по протоколу TCP/IP.  Последняя запись в таблице маршрутизации сделана для IP 128.17.75.20 и направляется на интерфейс lo, т.о. при подключении машины к самой себе на адрес 128.17.75.20, все пакеты будут посылаться на интерфейс 127.0.0.1.

Если хост eggplant пожелает послать пакет хосту zucchini, (соответственно, в пакете будет указан отправитель - 128.17.75.20 и получатель - 128.17.75.37), протокол IP определит на основании таблицы маршрутизации, что оба хоста принадлежат одной сети и пошлет пакет прямо в сеть, где zucchini его получит. Если более подробно сказать.. сетевая карта широковещательно кричит ARP-запросом "Кто такой IP  128.17.75.37, это кричит 128.17.75.20?" все машины, получившие данное послание - игнорируют его, а хост с адресом 128.17.75.37 отвечает "Это я и мой MAC - адрес такой-то...", далее происходит соединение и обмен данными на основе arp таблиц, в которых занесено соответствие IP-MAC адресов. "Кричит", то есть этот пакет посылается всем хостам, это происходит потому что, MAC-адрес получателя указан широковещательный адрес ( FF:FF:FF:FF:FF:FF ). Такие пакеты получают все хосты сети.

Пример таблицы маршрутизации для хоста eggplant:

[[email protected] ~]# netstat -rn Kernel IP routing table Destination     Gateway         Genmask         Flags   MSS Window  irtt Iface 128.17.75.0      128.17.75.20   255.255.255.0 UN        1500 0          0 eth0 default  128.17.75.98   0.0.0.0 UGN       1500 0          0 eth0 127.0.0.1        127.0.0.1      255.0.0.0   UH        3584 0          0 lo 128.17.75.20     127.0.0.1      255.255.255.0 UH        3584 0          0 lo

Давайте рассмотрим ситуацию, когда хост eggplant хочет послать пакет хосту, например, pear или еще дальше?.. В таком случае, получатель пакета будет - 128.17.112.21, протокол IP попытается найти в таблице маршрутизации маршрут для сети 128.17.112, но данного маршрута в таблице нет, по этому будет выбран маршрут по умолчанию, шлюзом которого является papaya (128.17.75.98). Получив пакет, papaya отыщет адрес назначения в своей таблице маршрутизации:

[[email protected] ~]# netstat -rn Kernel IP routing table Destination     Gateway         Genmask         Flags   MSS Window  irtt Iface 128.17.75.0      128.17.75.98   255.255.255.0 UN        1500 0          0 eth0 128.17.112.0     128.17.112.3   255.255.255.0 UN        1500 0          0 eth2 default  128.17.112.40  0.0.0.0 UGN       1500 0          0 eth2 127.0.0.1        127.0.0.1      255.0.0.0   UH        3584 0          0 lo 128.17.75.98     127.0.0.1      255.255.255.0   UH        3584 0          0 lo 128.17.112.3     127.0.0.1      255.255.255.0   UH        3584 0          0 lo

Из примера видно, что papaya подключена к двум сетям 128.17.75, через устройство eth0 и 128.17.112 через устройство eth2. Маршрут по умолчанию, через хост pineapple, который в свою очередь, является шлюзом во внешнюю сеть.

Соответственно, получив пакет для pear, маршрутизатор papaya увидит, что адрес назначения принадлежит сети 128.17.112 и направит пакет в соответствии со второй записью в таблице маршрутизации.

Таким образом, пакеты передаются от маршрутизатора к маршрутизатору, пока не достигнут адреса назначения.

Стоит отметить, что в данных примерах маршруты

128.17.75.98     127.0.0.1      255.255.255.0   UH        3584 0          0 lo 128.17.112.3     127.0.0.1      255.255.255.0   UH        3584 0          0 lo

Не стандартные. И в современном linux вы такого не увидите.

Резюме

В данной статье я постарался как можно коротко и понятно описать основные понятия взаимодействия сетевой инфраструктуры на примере нескольких взаимосвязанных сетей, в следующей части я опишу работу сети в операционной системе Linux. Буду рад Вашим комментариям и дополнениям.

Что еще почитать по теме?

Если есть желание, более подробно почитать о маршрутизации и основах сети, советую почитать отличную книгу: Вито Амато "Основы организации сетей Cisco" Том1 и Том2 2004г.Продолжение статьи: Настройка сети в Linux, диагностика и мониторингНовое продолжение: iproute2, настройка сети командой ip

С Уважением, Mc.Sim!

Другие материалы в категории основы Linux
Теги: Ethernet, Linux, network, основы

www.k-max.name


Смотрите также