Устройство и основные понятия Локальной сети

Коммутатор предоставляет следующие  возможности:

 послать пакет с данными  с одного компьютера на конечный  компьютер;

увеличить скорость передачи данных.

 

5. Маршрутизаторы

 

Маршрутизатор по принципу работы напоминает коммутатор, однако имеет больший  набор функциональных возможностей, Он изучает не только MAC, но и IP-адреса обоих компьютеров, участвующих  в передаче данных. Транспортируя  информацию между различными сегментами сети, маршрутизаторы анализируют заголовок пакета и стараются вычислить оптимальный путь перемещения данного пакета. Маршрутизатор способен определить путь к произвольному сегменту сети, используя информацию из таблицы маршрутов, что позволяет создавать общее подключение к Интернету или глобальной сети.

Маршрутизаторы позволяют произвести доставку пакета наиболее быстрым путем, что позволяет повысить пропускную способность больших сетей. Если какой-то сегмент сети перегружен, поток  данных пойдет по другому пути.

 

     Топология сети

 

Порядок расположения и подключения  компьютеров и прочих элементов  в сети называют сетевой топологией. Топологию можно сравнить с картой сети, на которой отображены рабочие  станции, серверы и прочее сетевое оборудование. Выбранная топология влияет на общие возможности сети, протоколы и сетевое оборудование, которые будут применяться, а также на возможность дальнейшего расширения сети,

Физическая топология — это  описание того, каким образом будут  соединены физические элементы сети. Логическая топология определяет маршруты прохождения пакетов данных внутри сети.

Выделяют пять видов топологии  сети:

 

общая шина;

звезда;

кольцо;

 

 

  Общая шина

 

В этом случае все компьютеры подключаются к одному кабелю, который называется шиной данных. При этом пакет будет приниматься всеми компьютерами, которые подключены к данному сегменту сети.

 

Быстродействие сети во многом определяется числом подключенных к общей шине компьютеров. Чем больше таких компьютеров, тем медленнее работает сеть. Кроме того, подобная топология может стать причиной разнообразных коллизий, которые возникают, когда несколько компьютеров одновременно пытаются передать информацию в сеть. Вероятность появления коллизии возрастает с увеличением количества подключенных к шине компьютеров.

Преимущества использования сетей  с топологией «общая шина» следующие:

 значительная экономия кабеля;

простота создания и управления.

 

Основные недостатки:

вероятность появления коллизий при  увеличении числа компьютеров в  сети;

обрыв кабеля приведет к отключению множества компьютеров;

 низкий уровень защиты передаваемой  информации. Любой компьютер может  получить данные, которые передаются  по сети.

 

 

 

 

   Звезда

 

При использовании звездообразной топологии каждый кабельный сегмент, идущий от любого компьютера сети, будет подключаться к центральному коммутатору или концентратору, Все пакеты будут транспортироваться от одного компьютера к другому через это устройство. Допускается использование как активных, так и пассивных концентраторов, В случае разрыва соединения между компьютером и концентратором остальная сеть продолжает работать. Если же концентратор выйдет из строя, то сеть работать перестанет. С помощью звездообразной структуры можно подключать друг к другу даже локальные сети.

 

Использование данной топологии удобно при поиске поврежденных элементов: кабеля, сетевых адаптеров или  разъемов, «Звезда» намного удобнее  «общей шины» и в случае добавления новых устройств. Следует учесть и то, что сети со скоростью передачи 100 и 1000 Мбит/с построены по топологии «звезда».

 

Если в самом центре «звезды» расположить концентратор, то логическая топология изменится на «общую шину».

 

Преимущества «звезды»:

 

 простота создания и управления;

 высокий уровень надежности  сети;

 высокая защищенность информации, которая передается внутри сети (если в центре звезды расположен коммутатор).

 

Основной недостаток — поломка  концентратора приводит к прекращению  работы всей сети.

 

    Кольцевая топология

 

В случае использования кольцевой  топологии все компьютеры сети подключаются к единому кольцевому кабелю. Пакеты проходят по кольцу в одном направлении через все сетевые платы подключенных к сети компьютеров. Каждый компьютер будет усиливать сигнал и отправлять его дальше по кольцу.

В представленной топологии передача пакетов по кольцу организована маркерным методом. Маркер представляет собой определенную последовательность двоичных разрядов, содержащих управляющие данные. Если сетевое устройство имеет маркер, то у него появляется право на отправку информации в сеть. Внутри кольца может передаваться всего один маркер.

Компьютер, который собирается транспортировать данные, забирает маркер из сети и отправляет запрошенную информацию по кольцу. Каждый следующий компьютер будет  передавать данные дальше, пока этот пакет не дойдет до адресата. После получения адресат вернет подтверждение о получении компьютеру-отправителю, а последний создаст новый маркер и вернет его в сеть,

Преимущества данной топологии  следующие:

эффективнее, чем в случае с общей  шиной, обслуживаются большие объемы данных;

 каждый компьютер является  повторителем: он усиливает сигнал  перед отправкой следующей машине, что позволяет значительно увеличить  размер сети;

 возможность задать различные  приоритеты доступа к сети; при  этом компьютер, имеющий больший приоритет, сможет дольше задерживать маркер и передавать больше информации.

 

Недостатки:

 обрыв сетевого кабеля приводит  к неработоспособности всей сети;

 произвольный компьютер может  получить данные, которые передаются  по сети.

 

 

    Протоколы TCP/IP

 

 

Протоколы TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol - Протокол управления передачей  данных/Интернет протокол) являются основными  межсетевыми протоколами и управляют  передачей данных между сетями разной конфигурации и технологии. Именно это семейство протоколов используется для передачи информации в сети Интернет, а также в некоторых локальных сетях. Семейство протоколов TPC/IP включает все промежуточные протоколы между уровнем приложений и физическим уровнем. Общее их количество составляет несколько десятков.

 

Основными среди них являются:

 транспортные протоколы: TCP - Transmission Control Protocol (Протокол управления передачей  данных) и другие - управляют передачей  данных между компьютерами;

 протоколы маршрутизации: IP - Internet Protocol (Протокол Интернета) и другие - обеспечивают фактическую передачу данных, обрабатывают адресацию данных, определяет наилучший путь к адресату;

 протоколы поддержки сетевого  адреса: DNS - Domain Name System (Доменная система  имен) и другие - обеспечивает определение уникального адреса компьютера;

 протоколы прикладных сервисов: FTP - File Transfer Protocol (Протокол передачи  файлов), HTTP - HyperText Transfer Protocol (Протокол  передачи гипертекста), TELNET и другие - используются для получения  доступа к различным услугам: передаче файлов между компьютерами, доступу к WWW, удаленному терминальному доступу к системе и др.;

 шлюзовые протоколы: EGP - Exterior Gateway Protocol (Внешний шлюзовый протокол) и другие - помогают передавать  по сети сообщения о маршрутизации и информацию о состоянии сети, а также обрабатывать данные для локальных сетей.

 почтовые протоколы: POP - Post Office Protocol (Протокол приема почты) - используется  для приема сообщений электронной  почты, SMPT Simple Mail Transfer Protocol (Протокол передачи почты) - используется для передачи почтовых сообщений.

 

Все основные сетевые протоколы (NetBEUI, IPX/SPX и ТСРIР) являются маршрутизируемыми  протоколами. Но вручную приходится настраивать лишь маршрутизацию  ТСРIР. Остальные протоколы маршрутизируются операционной системой автоматически.

 

    IP-адресация

 

При построении локальной сети на основе протокола TCP/IP каждый компьютер  получает уникальный IP-адрес, который  может назначаться либо DHCP-сервером - специальной программой, установленной на одном из компьютеров сети, либо средствами Windows, либо вручную.

 

DHCP-сервер позволяет гибко раздавать  IP-адреса компьютерам и закрепить  за некоторыми компьютерами постоянные, статические IP-адреса. Встроенное  средство Windows не имеет таких возможностей. Поэтому если в сети имеется DHCP-сервер, то средствами Windows лучше не пользоваться, установив в настройках сети операционной системы автоматическое (динамическое) назначение IP-адреса. Установка и настройка DHCP-сервера выходит за рамки этой книги.

 

Следует, однако, отметить, что при  использовании для назначения IP-адреса DHCP-сервера или средств Windows загрузка компьютеров сети и операции назначения IP-адресов требует длительного  времени, тем большего, чем больше сеть. Кроме того, компьютер с DHCP-сервером должен включаться первым.

 

Если же вручную назначить компьютерам  сети статические (постоянные, не изменяющиеся) IP-адреса, то компьютеры будут загружаться  быстрее и сразу же появляться в сетевом окружении. Для небольших  сетей этот вариант является наиболее предпочтительным, и именно его мы будем рассматривать в данной главе.

 

Для связки протоколов TCP/IP базовым  является протокол IP, так как именно он занимается перемещением пакетов  данных между компьютерами через  сети, использующие различные сетевые технологии. Именно благодаря универсальным характеристикам протокола IP стало возможным само существование Интернета, состоящего из огромного количества разнородных сетей.

 

   Пакеты данных протокола IP

 

Протокол IP является службой доставки для всего семейства протоколов ТСР-iР. Информация, поступающая от остальных протоколов, упаковывается в пакеты данных протокола IP, к ним добавляется соответствующий заголовок, и пакеты начинают свое путешествие по сети

 

     Система IP-адресации

 

 

Одними из важнейших полей заголовка пакета данных IP являются адреса отправителя и получателя пакета. Каждый IP-адрес должен быть уникальным в том межсетевом объединении, где он используется, чтобы пакет попал по назначению. Даже во всей глобальной сети Интернет невозможно встретить два одинаковых адреса.

 

IP-адрес, в отличие от обычного  почтового адреса, состоит исключительно  из цифр. Он занимает четыре  стандартные ячейки памяти компьютера - 4 байта. Так как один байт (Byte) равен 8 бит (Bit), то длина  IP-адреса составляет 4 х 8 = 32 бита.

 

Бит представляет собой минимально возможную единицу хранения информации. В нем может содержаться только 0 (бит сброшен) или 1 (бит установлен).

 

Несмотря на то, что IP-адрес всегда имеет одинаковую длину, записывать его можно по-разному. Формат записи IP-адреса зависит от используемой системы счисления. При этом один и тот же адрес может выглядеть совершенно по-разному:

 

Формат числовой записи	Значение
Двоичный (Binary)	10000110000110000000100001000010
Шестнадцатеричный (Hexadecimal)	0x86180842
Десятичный (Decimal)	2249721922
Точечно-десятичный (Dotted Decimal)	134.24.8.66

 

 

 

Двоичное число 10000110 преобразовывается  в десятичное следующим образом: 128 + 0 + 0 + 0 + 0 + 4 + 2 + 0 =134.

Наиболее предпочтительным вариантом, с точки зрения удобства чтения человеком, является формат написания IP-адреса в точечно-десятичной нотации. Данный формат состоит из четырех десятичных чисел, разделенных точками. Каждое число, называемое октетом (Octet), представляет собой десятичное значение соответствующего байта в IP-адресе. Октет называется так потому, что один байт в двоичном виде состоит из восьми бит.

При использовании точечно-десятичной нотации записи октетов в адресе IP следует иметь ввиду следующие  правила:

•   допустимыми являются только целые числа;

•   числа должны находиться в диапазоне от 0 до 255.

 

Старшие биты в IP-адресе, расположенные  слева, определяют класс и номер  сети. Их совокупность называется идентификатором  подсети или сетевым префиксом. При назначении адресов внутри одной сети префикс всегда остается неизменным. Он идентифицирует принадлежность IP-адреса данной сети.

 

Например, если IP-адреса компьютеров  подсети 192.168.0.1 - 192.168.0.30, то первые два  октета определяют идентификатор подсети - 192.168.0.0, а следующие два - идентификаторы хостов.

 

Сколько именно бит используется в тех или иных целях, зависит  от класса сети. Если номер хоста  равен нулю, то адрес указывает  не на какой-то один конкретный компьютер, а на всю сеть в целом.