Данная статья посвящена основам локальной сети , здесь будут рассмотрены следующие темы:

• Понятие локальная сеть;
• Устройство локальной сети;
• Оборудование для локальной сети;
• Топология сети;
• Протоколы TCP/IP;
• IP-адресация.

Понятие локальной сети

Сеть - группа компьютеров, соединенных друг с другом, с помощью специального оборудования, обеспечивающего обмен информацией между ними. Соединение между двумя компьютерами может быть непосредственным (двухточечное соединение ) или с использованием дополнительных узлов связи.

Существует несколько типов сетей, и локальная сеть - лишь одна из них. Локальная сеть представляет собой, по сути, сеть, используемую в одном здании или отдельном помещении, таком как квартира, для обеспечения взаимодействия используемых в них компьютеров и программ. Локальные сети, расположенные в разных зданиях, могут быть соединены между собой с помощью спутниковых каналов связи или волоконно-оптических сетей, что позволяет создать глобальную сеть, т.е. сеть, включающую в себя несколько локальных сетей.

Интернет является еще одним примером сети, которая уже давно стала всемирной и всеобъемлющей, включающей в себя сотни тысяч различных сетей и сотни миллионов компьютеров. Независимо от того, как вы получаете доступ к Интернету, с помощью модема, локального или глобального соединения, каждый пользователь Интернета является фактически сетевым пользователем. Для работы в Интернете используются самые разнообразные программы, такие как обозреватели Интернета, клиенты FTP, программы для работы с электронной почтой и многие другие.

Компьютер, который подключен к сети, называется рабочей станцией (Workstation ). Как правило, с этим компьютером работает человек. В сети присутствуют и такие компьютеры, на которых никто не работает. Они используются в качестве управляющих центров в сети и как накопители информации. Такие компьютеры называют серверами,
Если компьютеры расположены сравнительно недалеко друг от друга и соединены с помощью высокоскоростных сетевых адаптеров то такие сети называются локальными. При использовании локальной сети компьютеры, как правило, расположены в пределах одной комнаты, здания или в нескольких близко расположенных домах.
Для объединения компьютеров или целых локальных сетей, которые расположены на значительном расстоянии друг от друга, используются модемы, а также выделенные, или спутниковые каналы связи. Такие сети носят название глобальные. Обычно скорость передачи данных в таких сетях значительно ниже, чем в локальных.

Устройство локальной сети

Существуют два вида архитектуры сети: одноранговая (Peer-to-peer ) и клиент/ сервер (Client/Server ), На данный момент архитектура клиент/сервер практически вытеснила одноранговую.

Если используется одноранговая сеть, то все компьютеры, входящие в нее, имеют одинаковые права. Соответственно, любой компьютер может выступать в роли сервера, предоставляющего доступ к своим ресурсам, или клиента, использующего ресурсы других серверов.

В сети, построенной на архитектуре клиент/сервер, существует несколько основных компьютеров - серверов. Остальные компьютеры, которые входят в сеть, носят название клиентов, или рабочих станций.

Сервер - это компьютер, который обслуживает другие компьютеры в сети. Существуют разнообразные виды серверов, отличающиеся друг от друга услугами, которые они предоставляют; серверы баз данных, файловые серверы, принт-серверы, почтовые серверы, веб-серверы и т. д.

Одноранговая архитектура получила распространение в небольших офисах или в домашних локальных сетях, В большинстве случаев, чтобы создать такую сеть, вам понадобится пара компьютеров, которые снабжены сетевыми картами, и кабель. В качестве кабеля используют витую пару четвертой или пятой категории. Витая пара получила такое название потому, что пары проводов внутри кабеля перекручены (это позволяет избежать помех и внешнего влияния ). Все еще можно встретить достаточно старые сети, которые используют коаксиальный кабель. Такие сети морально устарели, а скорость передачи информации в них не превышает 10 Мбит/с.

После того как сеть будет создана, а компьютеры соединены между собой, нужно настроить все необходимые параметры программно. Прежде всего убедитесь, что на соединяемых компьютерах были установлены операционные системы с поддержкой работы в сети (Linux, FreeBSD, Windows )

Все компьютеры в одноранговой сети объединяются в рабочие группы, которые имеют свои имена (идентификаторы ).
В случае использования архитектуры сети клиент/сервер управление доступом осуществляется на уровне пользователей. У администратора появляется возможность разрешить доступ к ресурсу только некоторым пользователям. Предположим, что вы делаете свой принтер доступным для пользователей сети. Если вы не хотите, чтобы кто угодно печатал на вашем принтере, то следует установить пароль для работы с этим ресурсом. При одноранговой сети любой пользователь, который узнает ваш пароль, сможет получить доступ к вашему принтеру. В сети клиент/ сервер вы можете ограничить использование принтера для некоторых пользователей вне зависимости от того, знают они пароль или нет.

Чтобы получить доступ к ресурсу в локальной сети, построенной на архитектуре клиент/сервер, пользователь обязан ввести имя пользователя (Login - логин) и пароль (Password). Следует отметить, что имя пользователя является открытой информацией, а пароль - конфиденциальной.

Процесс проверки имени пользователя называется идентификацией. Процесс проверки соответствия введенного пароля имени пользователя - аутентификацией. Вместе идентификация и аутентификация составляют процесс авторизации. Часто термин «аутентификация » - используется в широком смысле: для обозначения проверки подлинности.

Из всего сказанного можно сделать вывод о том, что единственное преимущество одноранговой архитектуры - это ее простота и невысокая стоимость. Сети клиент/сервер обеспечивают более высокий уровень быстродействия и защиты.
Достаточно часто один и тот же сервер может выполнять функции нескольких серверов, например файлового и веб-сервера. Естественно, общее количество функций, которые будет выполнять сервер, зависит от нагрузки и его возможностей. Чем выше мощность сервера, тем больше клиентов он сможет обслужить и тем большее количество услуг предоставить. Поэтому в качестве сервера практически всегда назначают мощный компьютер с большим объемом памяти и быстрым процессором (как правило, для решения серьезных задач используются многопроцессорные системы )

Оборудование для локальной сети

В самом простом случае для работы сети достаточно сетевых карт и кабеля. Если же вам необходимо создать достаточно сложную сеть, то понадобится специальное сетевое оборудование.

Кабель

Компьютеры внутри локальной сети соединяются с помощью кабелей, которые передают сигналы. Кабель, соединяющий два компонента сети (например, два компьютера ), называется сегментом. Кабели классифицируются в зависимости от возможных значений скорости передачи информации и частоты возникновения сбоев и ошибок. Наиболее часто используются кабели трех основных категорий:

• Витая пара;
• Коаксиальный кабель;
• Оптоволоконный кабель,

Для построения локальных сетей сейчас наиболее широко используется витая пара . Внутри такой кабель состоит из двух или четырех пар медного провода, перекрученных между собой. Витая пара также имеет свои разновидности: UTP (Unshielded Twisted Pair - неэкранированная витая пара ) и STP (Shielded Twisted Pair - экранированная витая пара ). Эти разновидности кабеля способны передавать сигналы на расстояние порядка 100 м. Как правило, в локальных сетях используется именно UTP. STP имеет плетеную оболочку из медной нити, которая имеет более высокий уровень защиты и качества, чем оболочка кабеля UTP.

В кабеле STP каждая пара проводов дополнительно экранировала (она обернута слоем фольги ), что защищает данные, которые передаются, от внешних помех. Такое решение позволяет поддерживать высокие скорости передачи на более значительные расстояния, чем в случае использования кабеля UTP, Витая пара подключается к компьютеру с помощью разъема RJ-45 (Registered Jack 45 ), который очень напоминает телефонный разъем RJ-11 (Regi-steredjack ). Витая пара способна обеспечивать работу сети на скоростях 10,100 и 1000 Мбит/с.

Коаксиальный кабель состоит из медного провода, покрытого изоляцией, экранирующей металлической оплеткой и внешней оболочкой. По центральному проводу кабеля передаются сигналы, в которые предварительно были преобразованы данные. Такой провод может быть как цельным, так и многожильным. Для организации локальной сети применяются два типа коаксиального кабеля: ThinNet (тонкий, 10Base2 ) и ThickNet (толстый, 10Base5 ). В данный момент локальные сети на основе коаксиального кабеля практически не встречаются.

В основе оптоволоконного кабеля находятся оптические волокна (световоды), данные по которым передаются в виде импульсов света. Электрические сигналы по оптоволоконному кабелю не передаются, поэтому сигнал нельзя перехватить, что практически исключает несанкционированный доступ к данным. Оптоволоконный кабель используют для транспортировки больших объемов информации на максимально доступных скоростях.

Главным недостатком такого кабеля является его хрупкость: его легко повредить, а монтировать и соединять можно только с помощью специального оборудования.

Сетевые карты

Сетевые карты делают возможным соединение компьютера и сетевого кабеля. Сетевая карта преобразует информацию, которая предназначена для отправки, в специальные пакеты. Пакет - логическая совокупность данных, в которую входят заголовок с адресными сведениями и непосредственно информация. В заголовке присутствуют поля адреса, где находится информация о месте отправления и пункте назначения данных, Сетевая плата анализирует адрес назначения полученного пакета и определяет, действительно ли пакет направлялся данному компьютеру. Если вывод будет положительным, то плата передаст пакет операционной системе. В противном случае пакет обрабатываться не будет. Специальное программное обеспечение позволяет обрабатывает все пакеты, которые проходят внутри сети. Такую возможность используют системные администраторы, когда анализируют работу сети, и злоумышленники для кражи данных, проходящих по ней.

Любая сетевая карта имеет индивидуальный адрес, встроенный в ее микросхемы. Этот адрес называется физическим, или MAC-адресом (Media Access Control - управление доступом к среде передачи ).

Порядок действий, совершаемых сетевой картой, такой.

1. Получение информации от операционной системы и преобразование ее в электрические сигналы для дальнейшей отправки по кабелю;
2. Получение электрических сигналов по кабелю и преобразование их обратно в данные, с которыми способна работать операционная система;
3. Определение, предназначен ли принятый пакет данных именно для этого компьютера;
4. Управление потоком информации, которая проходит между компьютером и сетью.

Концентраторы

Концентратор (хаб ) - устройство, способное объединить компьютеры в физическую звездообразную топологию. Концентратор имеет несколько портов, позволяющих подключить сетевые компоненты. Концентратор, имеющий всего два порта, называют мостом. Мост необходим для соединения двух элементов сети.

Сеть вместе с концентратором представляет собой «общую шину ». Пакеты данных при передаче через концентратор будут доставлены на все компьютеры, подключенные к локальной сети.

Существует два вида концентраторов.

Пассивные концентраторы. Такие устройства отправляют полученный сигнал без его предварительной обработки.
Активные концентраторы (многопостовые повторители ). Принимают входящие сигналы, обрабатывают их и передают в подключенные компьютеры.

Коммутаторы

Коммутаторы необходимы для организации более тесного сетевого соединения между компьютером-отправителем и конечным компьютером. В процессе передачи данных через коммутатор в его память записывается информация о MAC-адресах компьютеров. С помощью этой информации коммутатор составляет таблицу маршрутизации, в которой для каждого из компьютеров указана его принадлежность определенному сегменту сети.

При получении коммутатором пакетов данных он создает специальное внутреннее соединение (сегмент ) между двумя своими Портами, используя таблицу маршрутизации. Затем отправляет пакет данных в соответствующий порт конечного компьютера, опираясь на информацию, описанную в заголовке пакета.

Таким образом, данное соединение оказывается изолированным от других портов, что позволяет компьютерам обмениваться информацией с максимальной скоростью, которая доступна для данной сети. Если у коммутатора присутствуют только два порта, он называется мостом.

Коммутатор предоставляет следующие возможности:

• Послать пакет с данными с одного компьютера на конечный компьютер;
• Увеличить скорость передачи данных.

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)
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 в виду 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.

Классификация сетей

Существует три основных класса сетей: А, В, С. Они отличаются друг от друга максимально возможным количеством хостов, которые могут быть подключены к сети данного класса.

Общепринятая классификация сетей приведена в следующей таблице, где указано наибольшее количество сетевых интерфейсов, доступных для подключения, какие октеты IP-адреса используются для сетевых интерфейсов (*), а какие - остаются неизменяемыми (N).

Класс сети	Наибольшее количество хостов	Изменяемые октеты IP - адреса , используемые для нумерации хостов
	16777214	N *.*.*
	65534	N.N.*.*
		N.N.N.*

Например, в сетях наиболее распространенного класса С не может быть более 254 компьютеров, поэтому для нумерации сетевых интерфейсов используется только один, самый младший байт IP-адреса. Этому байту соответствует крайний правый октет в точечно-десятичной нотации.

Возникает законный вопрос: почему к сети класса С можно подключить только 254 компьютера, а не 256? Дело в том, что некоторые внутрисетевые адреса IP предназначены для специального использования, а именно:

О - идентифицирует саму сеть;
255 - широковещательный.

Сегментирование сетей

Адресное пространство внутри каждой сети допускает разбиение на более мелкие по количеству хостов подсети (Subnets ). Процесс разбиения на подсети называется также сегментированием.

Например, если сеть 192.168.1.0 класса С разбить на четыре подсети, то их адресные диапазоны будут следующими:

• 192.168.1.0-192.168.1.63;
• 192.168.1.64-192.168.1.127;
• 192.168.1.128-192.168.1.191;
• 192.168.1.192-192.168.1.255.

В данном случае для нумерации хостов используется не весь правый октет из восьми бит, а только 6 младших из них. А два оставшихся старших бита определяют номер подсети, который может принимать значения от нуля до трех.

Как обычный, так и расширенный сетевые префиксы можно идентифицировать с помощью маски подсети (Subnet Mask ), которая позволяет также отделить в IP-адресе идентификатор подсети от идентификатора хоста, маскируя с помощью числа ту часть IP-адреса, которая идентифицирует подсеть.

Маска представляет собой комбинацию чисел, по внешнему виду напоминающую IP-адрес. Двоичная запись маски подсети содержит нули в разрядах, интерпретируемых как номер хоста. Остальные биты, установленные в единицу, указывают на то, что эта часть адреса является префиксом. Маска подсети всегда применяется в паре с IP-адресом.

При отсутствии дополнительного разбиения на подсети, маски стандартных классов сетей имеют следующие значения:

Класс сети	Маска
	двоичная	точечно-десятичная
	11111111.00000000.00000000.00000000	255.0.0.0
	11111111.11111111.00000000.00000000	255.255.0.0
	11111111.11111111.11111111.00000000	255.255.255.0

Когда используется механизм разбиения на подсети, маска соответствующим образом изменяется. Поясним это, используя уже упомянутый пример с разбиением сети класса С на четыре подсети.

В данном случае два старших бита в четвертом октете IP-адреса используются для нумерации подсетей. Тогда маска в двоичной форме будет выглядеть следующим образом: 11111111.11111111.11111111.11000000, а в точечно-десятичной -255.255.255.192.

Диапазоны адресов частных сетей

Каждый компьютер, подключенный к сети, имеет свой уникальный IP-адрес. Для некоторых машин, например, серверов, этот адрес не изменяется. Такой постоянный адрес называется статическим (Static). Для других, например, клиентов, IP-адрес может быть постоянным (статическим) или назначаться динамически, при каждом подключении к сети.

Чтобы получить уникальный статический, то есть постоянный адрес IP в сети Интернет, нужно обратиться в специальную организацию InterNIC - Internet Network Information Center (Сетевой информационный центр Интернета ). InterNIC назначает только номер сети, а дальнейшей работой по созданию подсетей и нумерации хостов сетевой администратор должен заниматься самостоятельно.

Но официальная регистрация в InterNIC с целью получения статического IP-адреса обычно требуется для сетей, имеющих постоянную связь с Интернетом. Для частных сетей, не входящих в состав Интернета, специально зарезервировано несколько блоков адресного пространства, которые можно свободно, без регистрации в InterNIC, использовать для присвоения IP-адресов:

Класс сети	Количество доступных номеров сетей	Диапазоны IP - адресов , используемые для нумерации хостов
		10.0.0.0 - 10.255.255.255
		172.16.0.0-172.31.255.255
		192.168.0.О-192.168.255.255
LINKLOCAL		169.254.0.0-169.254.255.255

Однако эти адреса используются только для внутренней адресации сетей и не предназначены для хостов, которые напрямую соединяются с Интернетом.

Диапазон адресов LINKLOCAL не является классом сети в обычном понимании. Он используется Windows при автоматическом назначении личных адресов IP компьютерам в локальной сети.

Надеюсь Вы теперь имеете представление о локальной сети!

Локальная сеть представляет собой набор компьютеров, периферийных устройств (принтеров и т. п.) и коммутационных устройств, соединенных кабелями. В качестве кабеля используются «толстый» коаксиальный кабель, «тонкий» коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель. «Толстый» кабель, в основном, используется на участках большой протяженности при требованиях высокой пропускной способности. Волоконно-оптический кабель позволяет создавать протяженные участки без ретрансляторов при недостижимой с помощью других кабелей скорости и надежности. Однако стоимость кабельной сети на его основе высока, и поэтому он не нашел пока широкого распространения в локальных сетях. В основном локальные компьютерные сети создаются на базе «тонкого» кабеля или витой пары.

Первоначально сети создавались по принципу "тонкого" Ethernet. В основе его -- несколько компьютеров с сетевыми адаптерами, соединенные последовательно коаксиальным кабелем, причем все сетевые адаптеры выдают свой сигнал на него одновременно. Недостатки этого принципа выявились позже.

С ростом размеров сетей параллельная работа многих компьютеров на одну единую шину стала практически невозможной: очень велики стали взаимные влияния друг на друга. Случайные выходы из строя коаксиального кабеля (например, внутренний обрыв жилы) надолго выводили всю сеть из строя. А определить место обрыва или возникновения программной неисправности, "заткнувшей" сеть, становилось практически невозможно.

Поэтому дальнейшее развитие компьютерных сетей происходит на принципах структурирования. В этом случае каждая сеть складывается из набора взаимосвязанных участков -- структур.

Каждая отдельная структура представляет собой несколько компьютеров с сетевыми адаптерами, каждый из которых соединен отдельным проводом -- витой парой -- с коммутатором. При необходимости развития к сети просто добавляют новую структуру.

При построении сети по принципу витой пары можно проложить больше кабелей, чем установлено в настоящий момент компьютеров. Кабель проводится не только на каждое рабочее место, независимо от того, нужен он сегодня его владельцу или нет, но даже и туда, где сегодня рабочего места нет, но возможно появление в будущем. Переезд или подключение нового пользователя в итоге потребует лишь изменения коммутации на одной или нескольких панелях.

Структурированная система несколько дороже традиционной сети за счет значительной избыточности при проектировании. Но зато она обеспечивает возможность эксплуатации в течение многих лет.

Для сетей, построенных по этому принципу, появляется необходимость в специальном электронном оборудовании. Одно из таких устройств - хаб - является коммутационным элементом сети. Каждый хаб имеет от 8 до 30 разъемов (портов) для подключения либо компьютера, либо другого хаба. К каждому порту подключается только одно устройство. При подключении компьютера к хабу оказывается, что часть электроники сетевого интерфейса находится в компьютере, а часть - в хабе. Такое подключение позволяет повысить надежность соединения. В обычных ситуациях, помимо усиления сигнала, хаб восстанавливает преамбулу пакета, устраняет шумовые помехи и т. д.

Хабы являются сердцем системы и во многом определяют ее функциональность и возможности. Даже в самых простых хабах существует индикация состояния портов. Это позволяет немедленно диагностировать проблемы, вызванные плохими контактами в разъемах, повреждением проводов и т. п. Существенным свойством такой структурированной сети является ее высокая помехоустойчивость: при нарушении связи между двумя ее элементами, остальные продолжают сохранять работоспособность. Задача соединения компьютерных сетей различных организаций, зачастую созданных на основе различных стандартов, вызвала появление специального оборудования (мостов, маршрутизаторов, концентраторов и т. п.), осуществляющего такое взаимодействие.

Основы локальных компьютерных сетей

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. 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 и прочего) 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 не принимать это к разработке и не применять их на практике. Поэтому необходимо разработать принципиальное решение вопроса по организации ИВС (информационно-вычислительной сети) на базе уже существующего компьютерного парка и программного комплекса отвечающего современным научно-техническим требованиям с учетом возрастающих потребностей и возможностью дальнейшего постепенного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений. Понятие ЛВС. Что такое локальная вычислительная сеть (ЛВС)? Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к единому каналу передачи данных. Благодаря вычислительным сетям мы получили возможность одновременного использования программ и баз данных несколькими пользователями. Понятие локальная вычислительная сеть - ЛВС (англ. LAN - Lokal Area Network) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС. В производственной практике ЛВС играют очень большую роль. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему. Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети. Разделение ресурсов. Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций. Разделение данных. Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации. Разделение программных средств. Разделение программных средств, предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств. Разделение ресурсов процессора. При разделении ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не “набрасываются” моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции. Многопользовательский режим. Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план. Одно ранговая сеть. В одно - ранговой сети, все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного сервера, и, как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент и как сервер. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать доступными для всех. Одно - ранговую сеть называют так же рабочей группой. Рабочая группа это небольшой коллектив, поэтому в одно - ранговой сети не более 10 компьютеров. Одно - ранговые сети относительно просты. Поскольку каждый компьютер является и клиентом, и сервером, нет необходимости в мощном центральном сервере или в других компонентах, обязательных для более сложных сетей. Одно ранговые сети обычно дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных и дорогих компьютеров. В одно - ранговой 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 В такие операционные системы, как Microsoft Windows NT Workstation ,Microsoft Windows for Workgroups и Microsoft Windows 95, встроена поддержка одно ранговых сетей. По этому чтобы установить одно ранговую сеть дополнительного программного обеспечения не требуется.Одно ранговая компьютерная сеть выглядит так:1. Компьютеры расположены на рабочих столах пользователей.2. Пользователи сами выступают в роли администраторов, и сами обеспечивают защиту информации.3. Для объединения компьютеров в сеть применяется простая кабельная система. Если эти условия выполняются, то, скорее всего выбор одно ранговой сети будет правильным. Защита подразумевает установку пароля на разделяемый ресурс, например на каталог. Централизованно управлять защитой в одно ранговой 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 устанавливать защиту. Сети на основе сервера. Если к сети подключено более 10 пользователей, то одно ранговая сеть, где компьютеры выступают в роли клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей используют выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер. Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом. С увеличением размеров сети и объемов 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 возрастающим потребностям пользователей, серверы в больших сетях стали специализированными. Например, в сети Windows NT существуют различные типы серверов: Файл-серверы и принт - серверы управляют доступом соответственно к файлам и принтерам, на серверах приложений выполняются прикладные части клиент - серверных приложений, а так же 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 принт - серверах, файл или данные целиком копируются на запрашиваемый компьютер. А в сервере приложений на запрашиваемый компьютер посылаются 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. В расширенной сети использование серверов различных типов становится наиболее актуальным. Необходимо поэтому учитывать всевозможные нюансы, которые могут проявиться при разрастании сети, с тем чтобы изменение роли определенного сервера в дальнейшем не отразилось на работе всей сети. Основным аргументом при работе в сети на основе выделенного сервера является, как правило, защита данных. В таких сетях, например как Windows NT Server, проблемами безопасности может заниматься один администратор. Поскольку жизненно важная информация расположена централизованно, то есть, сосредоточена на одном или нескольких серверах, нетрудно обеспечить ее регулярное резервное копирование. 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. Сети на основе сервера могут поддерживать тысячи пользователей. Сетью такого размера, будь она одно - ранговой, невозможно было бы управлять. Так как компьютер пользователя не выполняет функции сервера, требования к его характеристикам зависят от самого пользователя. Все ЛВС работают в одном стандарте, принятом для компьютерных сетей - в стандарте Open Systems Interconnection (OSI). Базовая модель OSI (Open System Interconnection) Для того чтобы взаимодействовать, люди используют общий язык. Если они не могут разговаривать друг с другом непосредственно, они применяют соответствующие вспомогательные средства для передачи сообщений. Показанные выше стадии необходимы, когда сообщение передается от отправителя к получателю. Для того чтобы привести в движение процесс передачи данных, использовали машины с одинаковым кодированием данных и связанные одна с другой. Для единого представления данных, в линиях связи по которым передается информация, сформирована Международная организация по стандартизации (англ. ISO - International Standards Organization). ISO предназначена для разработки модели международного коммуникационного протокола, в рамках которой можно разрабатывать международные стандарты. Для наглядного пояснения расчленим ее на семь уровней. Международных организация по стандартизации (ISO) разработала базовую модель взаимодействия открытых систем (англ.Open Systems Interconnection (OSI)). Эта модель является международным стандартом для передачи данных. Модель содержит семь отдельных уровней: Уровень 1: физический - битовые протоколы передачи информации; Уровень 2: канальный - формирование кадров, управление доступом к среде; Уровень 3: сетевой - маршрутизация, управление потоками данных; Уровень 4: транспортный - обеспечение взаимодействия удаленных процессов; Уровень 5: сеансовый - поддержка диалога между удаленными процессами; Уровень 6: представлении данных - интерпретация передаваемых данных; Уровень 7: прикладной - пользовательское управление данными. Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная ролью, в том числе и транспортной среде. Благодаря этому общая задача передачи данных расчленяется на отдельные легко обозримые задачи. Необходимые соглашения для связи одного уровня, например вышерасположенного и нижерасположенного называют протоколом. Так как пользователи нуждаются в эффективном управлении, система вычислительной сети представляется как комплексное строение, которое координирует взаимодействие задач пользователей. С учетом вышеизложенного можно вывести следующую уровневую модель с административными функциями, выполняющимися в пользовательском прикладном уровне. Отдельные уровни базовой модели проходят в направлении вниз от источника данных (от уровня 7 к уровню 1) и в направлении вверх от приемника данных (от уровня 1 к уровню 7). Пользовательские данные передаются в нижерасположенный уровень вместе со специфическим для уровня заголовком до тех пор, пока не будет достигнут последний уровень. На приемной стороне поступающие данные анализируются и, по мере надобности, передаются далее в вышерасположенный уровень, пока информация не будет передана в пользовательский прикладной уровень. Уровень 1. Физический. На физическом уровне определяются электрические, механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи в системах. Физическая связь и неразрывная с ней эксплуатационная готовность являются основной функцией 1-го уровня. Стандарты физического уровня включают рекомендации V.24 МККТТ (CCITT), EIA RS232 и Х.21. Стандарт ISDN (Integrated Services Digital Network) в будущем сыграет определяющую роль для функций передачи данных. В качестве среды передачи данных используют трехжильный медный провод (экранированная витая пара), коаксиальный кабель, оптоволоконный проводник и радиорелейную линию. Уровень 2. Канальный. Канальный уровень формирует из данных, передаваемых 1-м уровнем, так называемые «кадры» последовательности кадров. На этом уровне осуществляются управление доступом к передающей среде, используемой несколькими ЭВМ, синхронизация, обнаружение и исправление ошибок. Уровень 3. Сетевой. Сетевой уровень устанавливает связь в вычислительной сети между двумя абонентами. Соединение происходит благодаря функциям маршрутизации, которые требуют наличия сетевого адреса в пакете. Сетевой уровень должен также обеспечивать обработку ошибок, мультиплексирование, управление потоками данных. Самый известный стандарт, относящийся к этому уровню, - рекомендация Х.25 МККТТ (для сетей общего пользования с коммутацией пакетов). Уровень 4. Транспортный. Транспортный уровень поддерживает непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом пользовательскими процессами. Качество транспортировки, безошибочность передачи, независимость вычислительных сетей, сервис транспортировки из конца в конец, минимизация затрат и адресация связи гарантируют непрерывную и безошибочную передачу данных. Уровень 5. Сеансовый. Сеансовый уровень координирует прием, передачу и выдачу одного сеанса связи. Для координации необходимы:контроль рабочих параметров, управление потоками данных промежуточных накопителей и диалоговый контроль, гарантирующий передачу, имеющихся в распоряжении данных. Кроме того, сеансовый уровень содержит дополнительно функции управления паролями, подсчета платы за пользование ресурсами сети, управления диалогом, синхронизации и отмены связи в сеансе передачи после сбоя вследствие ошибок в нижерасположенных уровнях. Уровень 6. Представления данных. Уровень представления данных предназначен для интерпретации данных; а также подготовки данных для пользовательского прикладного уровня. На этом уровне происходит преобразование данных из кадров, используемых для передачи данных в экранный формат или формат для печатающих устройств оконечной системы. Уровень 7. Прикладной. В прикладном уровне необходимо предоставить в распоряжение пользователей уже переработанную информацию. С этим может справиться системное и пользовательское прикладное программное обеспечение. Сетевые устройства и средства коммуникаций. В качестве средств коммуникации наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконные линии. При выборе типа кабеля учитывают следующие показатели: стоимость монтажа и обслуживания, скорость передачи информации, ограничения на величину расстояния передачи информации без дополнительных усилителей-повторителей (репитеров), безопасность передачи данных. Главная проблема заключается в одновременном обеспечении этих показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость.

Витая пара.

Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное проводное соединение часто называемое «витой парой» (twisted pair). Она позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с., легко наращивается, однако не защищена от помех. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимуществами являются низкая цена и простота установки. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля.Еthernet-кабель. Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (thick), желтый кабель (yellow cable) или 10BaseT5 . Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности он является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet - около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор. Сheapernеt-кабель.

Более дешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheapernet-кабель или, как его часто называют, тонкий (thin) Ethernet или 10BaseT2 . Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в десять миллионов бит в секунду. При соединении сегментов Сhеарегnеt-кабеля также требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты при наращивании. Соединения сетевых плат производится с помощью широко используемых малогабаритных байонетных разъемов (СР-50). Дополнительное экранирование не требуется. Кабель присоединяется к ПК с помощью тройниковых соединителей (T-connectors). Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять максимум 300 м, а общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеля - около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен на сетевой плате и как для гальванической развязки между адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала Оптоволоконные линии. Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловолоконным кабелем. Скорость распространения информации по ним достигает нескольких миллиардов бит в секунду. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются они там, где возникают электромагнитные поля помех или требуется передача информации на очень большие расстояния без использования повторителей. Они обладают противоподспушивающими свойствами, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединяются в JIBC с помощью звездообразного соединения. Сетевая карта Платы сетевого адаптера выступают в качестве физического интерфейса, или соединения между компьютером и сетевым кабелем. Платы вставляются в специальные гнезда (слоты расширения) всех компьютеров и серверов. Чтобы обеспечить физическое соединение между компьютером и сетью, к соответствующему разъему, или порту, платы (после ее установки) подключают сетевой кабель. Назначение платы сетевого адаптера:- подготовка данных, поступающих от компьютера, к передаче по сетевому кабелю- передача данных другому компьютеру- управление потоком данных между компьютером и кабельной системой- плата сетевого адаптера принимает данные из сетевого кабеля и переводит в форму, понятную центральному процессору компьютера. Плата сетевого адаптера состоит из аппаратной части и встроенных программ, записанных в ПЗУ (постоянном запоминающем устройстве). Эти программы реализуют функции подуровней управления логической связью и управление доступом к среде канального уровня модели OSI.

Разветвитель(HAB) Разветвитель служит центральным узлом в сетях с топологией «звезда». Репитер

При передаче по сетевому кабелю электрический сигнал постепенно ослабевает (затухает). И, искажается до такой степени, что компьютер перестает его воспринимать. Для предотвращения искажения сигнала применяется репитер, который усиливает (восстанавливает) ослабленный сигнал и передает его дальше по кабелю. Применяются репитеры в сетях с топологией «шина». Существует ряд принципов построения ЛВС на основе выше рассмотренных компонентов. Такие принципы еще называют - топологиями. Топологии вычислительной сети. Топология типа звезда. Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте RELCOM. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети. Топология в виде звезды Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает. Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии. При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети. Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях. Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети. Центральный узел управления - файловый сервер мотает реализовать оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра. Кольцевая топология.

При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 Кольцевая топология с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо. Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца (например, в линию).Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять “в дорогу” по кабельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть. Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями. Шинная топология.

При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного дня всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети. Шинная топология Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции. В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий кабель или Cheapernet-кaбeль с тройниковым соединителем. Выключение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вызывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание системы. Древовидная структура ЛВС. Наряду с известными топологиями вычислительных сетей кольцо, звезда и шина, на практике применяется и комбинированная, на пример древовидна структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вышеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычислительной сети располагается в точке (корень), в которой собираются коммуникационные линии информации (ветви дерева).Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде. Типы построения сетей по методам передачи информации. Локальная сеть Token Ring

Этот стандарт разработан фирмой IBM. В качестве передающей среды применяется неэкранированная или экранированная витая пара (UPT или SPT) или оптоволокно. Скорость передачи данных 4 Мбит/с или 16Мбит/с. В качестве метода управления доступом станций к передающей среде используется метод - маркерное кольцо (Тоken Ring). Основные положения этого метода:Ё устройства подключаются к сети по топологии кольцо;Ё все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер);Ё в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом. Типы пакетов.

В IВМ Тоkеn Ring используются три основных типа пакетов:Ё пакет управление/данные (Data/Соmmand Frame); Ё маркер (Token); Ё пакет сброса (Аbort). Пакет Управление/Данные.

С помощью такого пакета выполняется передача данных или команд управления работой сети. Маркер. Станция может начать передачу данных только после получения такого пакета, В одном кольце может быть только один маркер и, соответственно, только одна станция с правом передачи данных. Пакет Сброса. Посылка такого пакета называет прекращение любых передач. В сети можно подключать компьютеры по топологии звезда или кольцо.

Локальная сеть Ethernet

Спецификацию Ethernet в конце семидесятых годов предложила компания Xerox Corporation. Позднее к этому проекту присоединились компании Digital Equipment Corporation (DEC) и Intel Corporation. В 1982 году была опубликована спецификация на Ethernet версии 2.0. На базе Ethernet и нститутом IEEE был разработан стандарт IEEE 802.3. Различия между ними незначительные.Основные принципы работы.На логическом уровне в Ethernet применяется топология шина:Ё все устройства, подключенные к сети, равноправны, т.е. любая станция может начать передачу в любой момент времени (если передающая среда свободна);Ё данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети. Правила монтажа кабельной части ЛВС. 10 BaseT В 1990 году институт IEEE выпустил спецификацию 802.3 для построения сети Ethernet на основе витой пары. 10 BaseT (10 скорость передачи 10 Мбит с., Base узкополосная, Т витая пара) сеть Ethernet, которая для соединения компьютеров обычно использует неэкранированную витую пару (UTP). Большинство сетей этого типа строятся в виде звезды, но по системе передачи сигналов представляют собой шину, как и другие конфигурации Ethernet. Обычно разветвитель сети 10BaseT выступают как многопортовый репитер. Каждый компьютер подключается к другому концу кабеля, соединенного с разветвителем, и использует две пары проводов: одну для приема, другую для передачи. Максимальная длина сегмента 10BaseT 100 м. Минимальная длина кабеля 2,5 м. ЛВС 10BaseT может обслуживать до 1024 компьютеров.Для построения сети 10BaseT применяют: · кабель категории 3, 4 лил 5 UTP · соединители RJ 45 на концах кабеля, Расстояние от рабочей станции до разветвителя не больше 100 м. 10Base2 В соответствии со спецификацией IEEE 802.3 эта топология называется 10Base2 (10 скорость передачи 10 Мбит / с, Base узкополосная передача, 2 передача на расстояние, примерно в два раза превышающее 100 м (фактическое расстояние 185 м). Сеть такого типа ориентирована на тонкий коаксиальный кабель, или тонкий Ethernet, с максимальной длиной сегмента 185 м. Минимальная длина кабеля 0,5 м. Кроме того существует ограничение на максимальное количество компьютеров, которое может быть подключено на 185 метровом сегменте кабеля, - 30 штук. Компоненты кабеля «тонкий Ethernet”:- BNC баррел коннекторы (соединители);- BNC Т коннекторы;- BNC терминаторы;Сети на тонком Ethrnet обычно имеют топологию «шина».Стандарты IEEE для тонкого Ethernet не предусматривают использование кабеля трансивера между Т коннектором и момпьютером. Вместо этого Т коннектор располагают непосредственно на плате сетевого адаптера.BNC барелл коннектор, соединяя сегменты кабеля, позволяет увеличить его общую длину. Однако их использование необходимо свести к минимуму, поскольку они ухудшают качество сигнала.

ЧАСТЬ 1

ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Компьютерной сетью называют совокупность узлов (компьютеров, терминалов, периферийных устройств), имеющих возможность информационного взаимодействия друг с другом с помощью специального коммуникационного оборудования и программного обеспечения . Размеры сетей варьируются в широких пределах - от пары соединенных между собой компьютеров, стоящих на соседних столах, до миллионов компьютеров, разбросанных по всему миру (часть из них может находиться и на космических объектах). По широте охвата принято деление сетей на несколько категорий. Локальные вычислительные сети, ЛВС или LAN (Local-Area Network), позволяют объединять компьютеры, расположенные в ограниченном пространстве. Для локальных сетей, как правило, прокладывается специализированная кабельная система, и положение возможных точек подключения абонентов ограничено этой кабельной системой. Иногда в локальных сетях используют и беспроводную связь (wireless), но и при этом возможности перемещения абонентов сильно ограничены. Локальные сети можно объединять в более крупномасштабные образования - CAN (Campus-Area Network - кампусная сеть, объединяющая локальные сети близко расположенных зданий), MAN (Metropolitan-Area Network - сеть городского масштаба), WAN (Wide-Area Network - широкомасштабная сеть), GAN (Global-Area Network - глобальная сеть). Сетью сетей в наше время называют глобальную сеть - Интернет. Для более крупных сетей также устанавливаются специальные проводные или беспроводные линии связи или используется инфраструктура существующих публичных средств связи. В последнем случае абоненты компьютерной сети могут подключаться к сети в относительно произвольных точках, охваченных сетью телефонии, ISDN или кабельного телевидения.

Понятие интранет (intranet) обозначает внутреннюю сеть организации, где важны два момента: 1) изоляция или защита внутренней сети от внешней (Интернет); 2) использование сетевого протокола IP и Web-технологий (прикладного протокола HTTP). В аппаратном аспекте применение технологии интранет означает, что все абоненты сети в основном обмениваются данными с одним или несколькими серверами, на которых сосредоточены основные информационные ресурсы предприятия.

В сетях применяются различные сетевые технологии, из которых в локальных сетях наиболее распространены Ethernet, Token Ring, l00VG-AnyLAN, ARCnet, FDDI, рассмотренные в главах 6-9. В глобальных сетях применяются иные технологии, кратко рассмотренные в главах 10 и 11. Каждой технологии соответствуют свои типы оборудования.

Оборудование сетей подразделяется на активное - интерфейсные карты компьютеров, повторители, концентраторы и т. п. и пассивное - кабели, соединительные разъемы, коммутационные панели и т. п. Кроме того, имеется вспомогательное оборудование - устройства бесперебойного питания, кондиционирования воздуха и аксессуары - монтажные стойки, шкафы, кабелепроводы различного вида. С точки зрения физики, активное оборудование - это устройства, которым необходима подача энергии для генерации сигналов, пассивное оборудование подачи энергии не требует.

Оборудование компьютерных сетей подразделяется на конечные системы (устройства), являющиеся источниками и/или потребителями информации, и промежуточные системы, обеспечивающие прохождение информации по сети. К конечным системам, ES (End Systems), относятся компьютеры, терминалы, сетевые принтеры, факс-машины, кассовые аппараты, считыватели штрих-кодов, средства голосовой и видеосвязи и любые другие периферийные устройства, снабженные тем или иным сетевым интерфейсом. К промежуточным системам, IS (Intermediate Systems), относятся концентраторы (повторители, мосты, коммутаторы), маршрутизаторы, модемы и прочие телекоммуникационные устройства, а также соединяющая их кабельная и/или беспроводная инфраструктура.

Действием, «полезным» для пользователей, является обмен информацией между конечными устройствами. Поток информации, передаваемый по сети, называют сетевым трафиком. Трафик кроме полезной информации включает и служебную ее часть - неизбежные накладные расходы на организацию взаимодействия узлов сети. Пропускная способность линий связи, называемая также полосой пропускания (bandwidth), определяется как количество информации, проходящей через линию за единицу времени. Измеряется в бит/с (bps - bit per second), кбит/с (kbps), Мбит/с (Mbps), Гбит/с (Gbps), Тбит/с (Tbps)... Здесь, как правило, приставки кило-, мега-, гига-, тера - имеют десятичное значение (103, 106, 109, 1012), а не двоичное (210, 220, 230, 240). Для активного коммуникационного оборудования применимо понятие производительность, причем в двух различных аспектах. Кроме «валового» количества неструктурированной информации, пропускаемого оборудованием за единицу времени (бит/с), интересуются и скоростью обработки пакетов (pps - packets per second), кадров (fps - frames per second) или ячеек (cps - cells per second). Естественно, при этом оговаривается и размер структур (пакетов, кадров, ячеек), для которого измеряется скорость обработки. В идеале производительность коммуникационного оборудования должна быть столь высокой, чтобы обеспечивать обработку информации , приходящей на все интерфейсы (порты) на их полной скорости (wire speed).

Для организации обмена информацией должен быть разработан комплекс программных и аппаратных средств, распределенных по разным устройствам сети. Поначалу разработчики и поставщики сетевых средств пытались идти каждый по своему пути, решая весь комплекс задач с помощью собственного набора протоколов, программ и аппаратуры. Однако решения различных поставщиков оказывались несовместимыми друг с другом, что вызывало массу неудобств для пользователей, которых по разным причинам не удовлетворял набор возможностей, предоставляемых только одним из поставщиков. По мере развития техники и расширения ассортимента предоставляемых сервисов назрела необходимость декомпозиции сетевой задачи - разбивки ее на несколько взаимосвязанных подзадач с определением правил взаимодействия между ними. Разбивка задачи и стандартизация протоколов позволяет принимать участие в ее решении большому количеству сторон - разработчиков программных и аппаратных средств, изготовителей коммуникационного и вспомогательного (например, тестового) оборудования и инсталляторов, доносящих все эти плоды прогресса до конечных потребителей. Применение открытых технологий и следование общепринятым стандартам позволяет избегать эффекта вавилонского столпотворения. Конечно, в какой-то момент стандарт становится тормозом развития, но кто-то делает прорыв, и его новая фирменная технология со временем выливается в новый стандарт.

В этой главе будут определены основные понятия, необходимые для описания конкретных сетевых технологий и типов активного оборудования.

1.1. Базовая модель взаимодействия открытых систем OSI

Для описания способов коммуникации между сетевыми устройствами организацией ISO была разработана модель взаимосвязи открытых систем B ОС - OSI (Open System Interconnection). Она основана на уровневых протоколах, что позволяет обеспечить:

· логическую декомпозицию сложной сети на обозримые части - уровни;

· стандартные интерфейсы между сетевыми функциями;

· симметрию в отношении функций, реализуемых в каждом узле сети (аналогичность функций одного уровня в каждом узле сети);

4. Транспортный уровень (transport layer) отвечает за передачу данных от источника к получателю с уровнем качества (пропускная способность, задержка прохождения, уровень достоверности), затребованным сеансовым уровнем. Если блоки данных, передаваемые с сеансового уровня, больше допустимого размера пакета для данной сети, они разбиваются на несколько нумерованных пакетов. На этом уровне определяются пути передачи, которые для соседних пакетов могут быть и разными. На приемной стороне пакеты собираются и в должной последовательности передаются на сеансовый уровень (в большой маршрутизируемой сети пакеты могут достигать приемника не в том порядке, в каком передавались, могут дублироваться и теряться).

Транспортный уровень является пограничным и связующим между верхними уровнями, сильно зависящими от приложений, и нижними (subnet layers - уровни, стоящие ниже транспортного), привязанными к конкретной сети. Относительно этой границы и определяются IS - промежуточные системы, обеспечивающие передачу пакетов между источником и получателем, используя нижние уровни, и ES - конечные системы, работающие на верхних уровнях.

Нижние уровни могут обеспечивать или не обеспечивать надежную передачу, при которой получателю вручается безошибочный пакет или отправитель получает уведомление о невозможности передачи.

Сервис нижних уровней может быть ориентирован на установление соединения (connection oriented). При этом в начале связи устанавливается соединение между источником и приемником, и передача может идти без нумерации пакетов, поскольку каждый из них идет за предшественником по тому же пути. По окончании передачи соединение разрывается. Связь без установления соединения (connectionless) требует нумерации пакетов, поскольку они могут теряться, повторяться, приходить не по порядку. Протоколы транспортного уровня зависят от сервиса нижних уровней:

· ТРО...ТР4 (Transport Protocol Class 0...4) - классы протоколов модели OSI, ориентированные на различные виды сервиса нижних уровней.

· TCP (Transmission Control Protocol) - протокол передачи данных с установлением соединения.

· UDP (User Datagramm Protocol) - протокол передачи данных без установления соединения.

· SPX (Sequenced Packet Exchange) - протокол передачи данных Novell NetWare с установлением соединения.

3. Сетевой уровень (network layer) форматирует данные транспортного уровня и снабжает их информацией, необходимой для маршрутизации (нахождения пути к получателю). Уровень отвечает за адресацию (трансляцию физических и сетевых адресов, обеспечение межсетевого взаимодействия); поиск пути от источника к получателю или между двумя промежуточными устройствами; установление и обслуживание логической связи между узлами для установления связи как ориентированной, так и не ориентированной на соединение. Форматирование данных осуществляется в соответствии с коммуникационной технологией (локальные сети, глобальные сети). Примеры протоколов сетевого уровня:

· ARP (Address Resolution Protocol) - взаимное преобразование аппаратных и сетевых адресов.

· IP (Internet Protocol) - протокол доставки дейтаграмм, основа стека TCP/IP.

· IPX (Internetwork Packet Exchange) - базовый протокол NetWare, отвечающий за адресацию и маршрутизацию пакетов, обеспечивающий сервис для SPX.

2. Канальный уровень (data link layer), называемый также уровнем звена данных. Обеспечивает формирование фреймов (frames) - кадров, передаваемых через физический уровень, контроль ошибок и управление потоком данных (data flow control). Канальный уровень призван скрыть от вышестоящих подробности технической реализации сети (для локальных сетей, например, сетевой уровень не «увидит» различий между Ethernet, Token Ring, ARCnet, FDDI).

IEEE в своей сетевой модели 802 ввел дополнительное деление канального уровня на 2 подуровня (sublayers):

· Подуровень LLC (Logical-Link Control - управление логической связью) является стандартным (IEEE 802.2) интерфейсом с сетевым уровнем, независимым от сетевой технологии.

· Подуровень MAC (Media Access Control - управление доступом к среде) осуществляет доступ к уровню физического кодирования и передачи сигналов. Применительно к технологии Ethernet МАС-уровень передатчика укладывает данные, пришедшие с LLC, в кадры, пригодные для передачи. Далее, дожидаясь освобождения канала (среды передачи), он передает кадр на физический уровень и следит за результатом работы физического уровня. Если кадр передан успешно (коллизий нет), он сообщает об этом LLC-подуровню. Если обнаружена коллизия, он делает несколько повторных попыток передачи и, если передача так и не удалась, сообщает об этом LLC-подуровню. На приемной стороне МАС-уровень принимает кадр, проверяет его на отсутствие ошибок (если бы все сетевые адаптеры это делали честно!) и, освободив его от служебной информации своего уровня, передает на LLC.

1. Физический уровень (physical layer) - нижний уровень, обеспечивающий физическое кодирование бит кадра в электрические (оптические) сигналы и передачу их по линиям связи. Определяет тип кабелей и разъемов, назначение контактов и формат физических сигналов.

Примеры спецификаций физического уровня:

· EIA/TIA-232-D - ревизия и расширение RS-232C (V.24+V.28), 25-штырь-ковый разъем и протокол последовательной синхронной/асинхронной связи.

· IEEE 802.5, определяющий физическое подключение для Tokeng Ring.

· IEEE 802.3, определяющий разновидности Ethernet (10 Мбит/с). Здесь физический уровень делится еще на 4 подуровня:

1. PLS (Physical Layer Signaling) - сигналы для трансиверного кабеля;

2. AUI (Attachment Unit Interface) - спецификации трансиверного кабеля (интерфейс AUI);

3. РМА (Physical Medium Attachment) - функции трансивера;

4. MDI (Medium Dependent Interface) - спецификации подключения трансивера к конкретному типу кабеля (IOBase5, IOBase2).

Сетевая технология (применительно к локальным сетям это все разновидности Ethernet, Token Ring, ARCnet, FDDI) охватывает канальный и физический

уровень модели. Промежуточные системы (устройства) описываются протоколами нескольких уровней, начиная от 1-го и доходя до 3-го, а иногда и 4-го уровней.

В реальных сетях используются различные протокольные стеки, и далеко не всегда возможно практическое разделение систем на уровни модели OSI с возможностью обращения приложений к каждому из них. Ради повышения производительности количество уровней уменьшается до 3-4 с объединением функций смежных уровней (при этом уменьшается доля накладных расходов на межуровневые интерфейсы). Однако соотнесение функциональных модулей с уровнями модели помогает осмыслению возможностей взаимодействия разнородных систем. При всем разнообразии подходов к реализации верхних уровней стеков стандартизация на физическом, канальном и сетевом уровнях соблюдается довольно строго. Здесь играет роль необходимость обеспечения совместимости сетевых устройств от разных производителей, без которых их положение на рынке неустойчиво.

1.2. Стандарты IEEE 802.х

Группа стандартов и отчетов рабочих групп IEEE 802.1-802.12 в основном относится к нижним уровням сетевой модели. Часть этих стандартов легла в основу аналогичных спецификаций ISO 8802.1-8802.11. Структуру этих стандартов иллюстрирует рис. 1.2.

LLC MAC Физический

Рис. 1.2. Структура стандартов 802.x

Группа стандартов 802.1 относится к управлению сетевыми устройствами на аппаратном уровне, а также к обеспечению межсетевого взаимодействия (internetworking). Сюда относятся:

· 802.1d - логика работы моста/коммутатора; алгоритм Spanning Tree, исключающий петли при избыточных связях коммутаторов Ethernet.

· 802. 1h - транслирующий мост (между различными технологиями, например Ethernet-Token Ring).

· 802. 1p - дополнения к логике МАС-мостов локальных сетей и MAN, обеспечивающие приоритизацию трафика и динамическую фильтрацию группового вещания . Опирается на дополнительные поля кадров, введенные в 802.Q.

· 802.1Q - построение виртуальных локальных сетей, ВЛС (VLAN), с помощью мостов. Здесь определяется расширение формата кадров Ethernet (tagged frames), используемое для отметки о принадлежности кадра к ВЛС и иных целей (приоритизации трафика).

Стандарт 802.2 описывает работу подуровня LLC, под которым объединяются технологии локальных сетей (см. рис. 1.2), включая технологию FDDI, стандартизованную ANSI. Подуровень LLC обеспечивает сервис трех типов:

· LLCI - без установления соединения и подтверждения.

· LLC2 - с установлением соединения и подтверждением.

· LLC3 - без установления соединения, с подтверждением.

Конечные системы могут поддерживать несколько типов сервиса. Устройства класса 1 поддерживают только LLCI, класса II - LLCI и LLC2, класса III - LLCI и LLC3, класса IV - все три типа.

Кадры подуровня LLC имеют унифицированный формат и содержат следующие поля:

· DSAP (Destination Service Access Point - точка доступа сервиса назначения), 1 байт.

· SSAP (Source Service Access Point - точка доступа сервиса источника), 1 байт.

· Control (управление) задает тип кадра LLC-уровня.

· Data (данные) - поле для размещения данных протоколов верхнего уровня (в некоторых кадрах может отсутствовать).

Поля DSAP и SSAP идентифицируют протокол верхнего уровня, использующий сервис LLC, по ним принимающая сторона определяет, куда направить принятый кадр. Вместе с полем Control они образуют заголовок кадра LLC.

Стандарт 8023 описывает физический уровень и МАС-подуровень технологии с методом доступа CSMA/CD: Ethernet, Fast Ethernet (802.3u), Gigabit Ethernet (802.3z и 802.3ab), управление потоком для полного дуплекса (802.3х). Подробно они описаны в главе 6.

Стандарт 802.4 описывает физический уровень и МАС-подуровень технологии с шинной топологией и передачей маркера доступа (token passing). К этому классу относится протокол MAP (Manufacturing Automation Protocol) для связи устройств промышленной автоматики и технология Token Bus. Сети ARCnet, использующие тот же метод доступа, стандарту 802.4 не подчиняются.

Стандарт 802.5 описывает физический уровень и МАС-подуровень технологии с кольцевой топологией и передачей маркера доступа. Ему соответствует технология Token Ring фирмы IBM (см. главу 7).

Стандарт 802.6 относится к сетям городского масштаба MAN (Metropolitan-Area Network), узлы которых разбросаны на расстояния более 5 км.

802.7 является отчетом технического совещания по широкополосной (broadband) передаче.

802.8 относится к оптоволоконной технике, используемой в сетях, определенных 802.3-802.6.

802.9 относится к интегрированной передаче голоса и данных. Спецификации совместимы с ISDN.

802.10 относится к безопасности (конфиденциальности) сетей: шифрование данных, сетевое управление для архитектур, совместимых с моделью OSI. Иногда идеи этой спецификации используют для построения виртуальных локальных сетей (для передачи информации о принадлежности к конкретной ВЛС).

802.11 относится к беспроводным (wireless) технологиям передачи данных (см. 12.6).

Стандарт 802.12 определяет технологию передачи с методом доступа Demand Priority (приоритет запросов). По этому методу и в соответствии с данным стандартом работает технология l00VG-AnyLAN (см. 9.1).

1.3. Классификация топологических элементов сетей

Локальные сети состоят из конечных устройств и промежуточных устройств, соединенных кабельной системой. Определим некоторые основные понятия.

Узлы сети (nodes) - конечные устройства и промежуточные устройства, наделенные сетевыми адресами. К узлам сети относятся компьютеры с сетевым интерфейсом, выступающие в роли рабочих станций, серверов или в обеих ролях; сетевые периферийные устройства (принтеры, плоттеры, сканеры); сетевые телекоммуникационные устройства (модемные пулы, модемы коллективного использования); маршрутизаторы.

· Кабельный сегмент - отрезок кабеля или цепочка отрезков кабелей, электрически (оптически) соединенных друг с другом, обеспечивающие соединение двух или более узлов сети. Иногда применительно к коаксиальному кабелю так называют и отрезок кабеля, оконцованный разъемами, но мы будем пользоваться более широким вышеприведенным толкованием.

· Сегмент сети (или просто сегмент) - совокупность узлов сети, использующих общую (разделяемую) среду передачи. Применительно к технологии Ethernet это совокупность узлов, подключенных к одному коаксиальному кабельному сегменту, одному хабу (повторителю), а также к нескольким кабельным сегментам и/или хабам, связанным между собой повторителями. Применительно к Token Ring это одно кольцо.

· Сеть (логическая) - совокупность узлов сети, имеющих единую систему адресации третьего уровня модели OSI. Примерами могут быть IPX-сеть, IP-сеть. Каждая сеть имеет свой собственный адрес, этими адресами оперируют маршрутизаторы для передачи пакетов между сетями. Сеть может быть разбита на подсети (subnet), но это чисто организационное разделение с адресацией на том же третьем уровне. Сеть может состоять из множества сегментов, причем один и тот же сегмент может входить в несколько разных сетей.

· Облако (cloud) - коммуникационная инфраструктура с однородными внешними интерфейсами, подробностями организации которой не интересуются. Примером облака может быть городская-междугородная-международная телефонная сеть: в любом ее месте можно подключить телефонный аппарат и связаться с любым абонентом.

По способу использования кабельных сегментов различают:

· Двухточечные соединения (pomt-to-point connection) - между двумя (и только двумя!) узлами. Для таких соединений в основном используются симметричные электрические (витая пара) и оптические кабели.

· Многоточечные соединения (multi point connection) - к одному кабельному сегменту подключается более двух узлов. Типичная среда передачи - несимметричный электрический кабель (коаксиальный кабель), возможно применение и других кабелей, в том числе и оптических. Соединение устройств отрезками кабеля друг за другом называется цепочечным (daisy chaining). Возможно подключение множества устройств и к одному отрезку кабеля - методом прокола (tap).

Связь между конечными узлами, подключенными к различным кабельным и логическим сегментам, обеспечивается промежуточными системами - активными коммуникационными устройствами. Эти устройства имеют не менее двух портов (интерфейсов). По уровням модели OSI, которыми они пользуются, эти устройства классифицируются следующим образом:

· Повторитель (repeater) - устройство физического уровня, позволяющее преодолевать топологические ограничения кабельных сегментов. Информация из одного кабельного сегмента в другой передается побитно, анализ информации не производится.

· Мост (bridge) - средство объединения сегментов сетей, обеспечивающее передачу кадров из одного сегмента в другой (другие). Кадр, пришедший из одного сегмента, может быть передан (forwarding) в другой или отфильтрован (filtering). Решение о продвижении (передаче в другой сегмент) или фильтрации (игнорировании) кадра принимается на основании информации 2-го уровня:

1. Мост MAC -подуровня (MAC Bridge) позволяет объединять сегменты сети в пределах одной технологии.

2. Мост LLC -подуровня (LLC Bridge), он же транслирующий мост (translating bridge), позволяет объединять сегменты сетей и с разными технологиями (например, Ethernet-Fast Ethernet, Ethernet-Token Ring, Ethernet-FDDI).

Для узлов сети мост может быть «прозрачным» (transparent bridge), присутствие такого моста никак не отражается на действиях узлов. Мост сам определяет, требуется ли передача кадра из одного сегмента в другой и в какой именно. Прозрачные мосты характерны для технологии Ethernet. В противоположность прозрачным существуют и мосты с маршрутизацией от источника (SRB - Source Routing Bridge). Для использования этих мостов источник кадра должен указать трассу его передачи. Мосты SRB характерны для Token Ring. Возможна и комбинация этих способов маршрутизации кадров (см. 7.5). В пересылаемом кадре мост может модифицировать информацию только второго уровня, третьим уровнем он не интересуется. На основании информации второго уровня мост может выполнять фильтрацию по правилам, заданным административным способом.

Мост может быть локальным, удаленным или распределенным. Локальный мост - устройство с двумя или более интерфейсами, к которым подключаются соединяемые сегменты локальных сетей. Удаленные мосты соединяют сегменты сетей, значительно удаленные друг от друга, через линию связи. Для связи удаленных сегметов мосты устанавливают парами, по устройству на каждом конце линии. Распределенный мост представляет собой совокупность интерфейсов некоторого коммуникационного облака, к которым подключаются сегменты соединяемых сетей.

· Коммутатор (switch) второго уровня (MAC и LLC) выполняет функции, аналогичные функциям мостов, но используется для сегментации - разбиения сетей на мелкие сегменты с целью повышения пропускной способности. Интеллектуальные коммутаторы используются для построения ВЛС (VLAN - Virtual LAN, виртуальные локальные сети). В случае микросегментации (к каждому порту подключается микросегмент, содержащий всего один узел) коммутатор должен передавать в другой порт (порты) каждый кадр, принятый каждым портом, что предъявляет высокие требования к его производительности.

· Маршрутизатор (router) работает на 3-м уровне и используется для передачи пакетов между сетями. Маршрутизаторы ориентируются на конкретный протокольный стек (TCP/IP, IPX/SPX, AppleTalk); мультипротокольные маршрутизаторы могут обслуживать несколько протоколов. Согласно правилам используемого протокола, маршрутизатор в пересылаемых пакетах модифицирует некоторые поля заголовка 3-го уровня. Маршрутизатор выполняет фильтрацию на основе информации 3-го уровня (и выше). В отличие от повторителей и мостов/коммутаторов, присутствие маршрутизатора известно узлам сетей, подключенных к его интерфейсам. Каждый порт маршрутизатора имеет свой сетевой адрес, на этот адрес узлы посылают пакеты, предназначенные узлам других сетей.

Телеобработка данных - определенная организация информационно-вычислительного процесса, при которой ресурсы одной или нескольких ЭВМ одновременно используются многими пользователями через различные виды связи (каналы).

Система телеобработки данных обеспечивает реализацию двух основных способов обработки данных:

1. Пакетный.
2. Диалоговый.

Пакетный способ обработки данных предусматривает:

Объединение и группировку некоторого набора данных по каким-либо признакам в единый пакет;

Пакет передается за один сеанс связи;

Обработка данных возможна после передачи всего пакета;

Объем и время передачи не лимитируется.

Диалоговый способ обработки данных, характеризуется малым количеством данных, передаваемых ЭВМ (получаемых из нее) и малым временем реакции ЭВМ на принятый запрос абонента.

Существующие виды телеобработки данных представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1. Виды телеобработки данных

Вычислительная (компьютерная) сеть - комплекс территориально распределенных ЭВМ и терминальных устройств, связанных между собой каналами передачи данных.

Вычислительная (компьютерная) сеть предоставляет пользователям следующие возможности:

Оперативность и достоверность обмена информацией;

Повышение надежности работы за счет резервирования ресурсов;

Создание распределенных и централизованных баз данных;

Снижение пиковых нагрузок;

Специализация вычислительных ресурсов, перенос программных средств и одновременная работа над задачей нескольких пользователей;

Экономичность.

В зависимости от территориального расположения вычислительные сети разделяют на три основных класса:

Глобальные (WAN - Wide Area Network);

Региональные (MAN - Metropolitan Area Network);

Локальные (LAN - Local Area Network).

Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах.

Региональная вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга (в пределах большого города, экономического региона, отдельной страны).

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории (предприятия, организации, ВУЗа). Локальные сети являются основой информационных технологий в фирме.

Локальная вычислительная сеть- группа компьютеров и других устройств, представляющая собой систему распределенной обработки информации, размещенную на относительно небольшом пространстве (в отличие от глобальных и региональных вычислительных сетей) и позволяющую любому компьютеру непосредственно взаимодействовать с любым другим устройством этой сети.

Основными компонентами ЛВС являются:

Серверы (servers) – компьютеры, предоставляющие свои ресурсы сетевым пользователям;

Рабочие станции или клиенты (clients) – компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым серверами или другими клиентами;

Рабочие группы (workgroups) – компьютеры, объединенные для выполнения общих задач;

Среда передачи (media) – способ соединения компьютеров;

Ресурсы (resources) – данные, приложения или периферийные устройства, совместно используемые в сети.

Современная классификация локальных сетей предполагается:

По назначению;

По организации управления;

По иерархии компьютеров;

По типам используемых компьютеров;

По топологии;

По организации передачи информации;

По физическим носителям сигналов.

По иерархии компьютеров:

1. Одноранговая сеть.

2. Сеть с выделенным сервером.

Достоинством одноранговой сети является то, что аппаратные средства и периферийные устройства, подключенные к отдельным ПК, используются совместно на всех рабочих местах. Организация и обслуживание одноранговых сетей относительное дешево. Недостатками такой сети является не большое количество пользователей, отсутствие возможности значительного расширения сети, вопросы защиты данных не критичны. Построение одноранговой сети представлено на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1. Одноранговая сеть

Сеть с выделенным сервером предполагает наличие в своем составе на только рабочих станций (ПК), но сервера. Построение такой сети представлено на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2. Сеть с выделенным сервером

В качестве достоинств такого построения сети можно отметить:

Надежная система защиты информации;

Высокое быстродействие;

Отсутствие ограничений на число рабочих станций;

Простота управления по сравнению с одноранговыми сетями.

Недостатками сети с выделенным сервером являются высокая стоимость, а также зависимость быстродействия и надежности сети от сервера.

Классификация локальных сетей по топологии :

1. шина (bus);
2. звезда (star);
3. кольцо (ring);
4. звезда-шина (star-bus);
5. звезда-кольцо (star-ring);
6. дерево (tree);
7. сеть (mesh);
8. смешанная или произвольная.

Основными (базовыми) типами построения сетей в представленной классификации являются – топология «звезда», шиннаяи кольцевая топологии.

Шинная топология . Построение локальной вычислительной сети по типу «шина» представлено на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3. Построение ЛВС по типу «шина»

Достоинством шинной топологии является то, что рабочие станции могут быть установлены или отключены без прерывания работы всей сети, а также могут коммутироваться друг с другом без помощи сервера.

Как недостатки можно указать:

Обрыв сетевого кабеля приводит к выходу из строя всего участка сети от места разрыва;

Возможность несанкционированного подключения к сети.

Топология «звезда». Данная топология сети базируется на концепции центрального узла, к которому подключаются периферийные устройства. Вся информация передается через центральный узел. Построение локальной сети по типу «звезда» представлено на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4. Построение ЛВС по типу «звезда»

Кольцевая топология. Достоинством сети данной топологии является сокращение времени доступа к данным. В качестве недостатков построение ЛВС по типу «кольцо» можно указать:

Неисправность одной станции может нарушить работу всей сети;

Подключение новых рабочих станций невозможно без выключения сети.

Построение локальной сети по типу «кольцо» представлено на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5. Построение ЛВС по типу «кольцо»

Сравнительная оценка сетей различной топологии по таким параметрам как надежность, пропускная способность и задержка представлена в таблице 3.2

Таблица 3.2. Сравнительная оценка сетей.

Характеристика	Оценка
«Шина» и «Дерево»	«Кольцо»	«Звезда»
Надежность	Разрыв кабеля выводит из строя ЛВС построенную по типу «шина», в ЛВС с типом «дерево» отсекает часть.	Отказ в одной из оконечных систем ведет к отказу всей системы.	Отказ центрального узла делает неработоспособной всю сеть. Отказ оконечных систем на работу всей сети не влияет.
Пропускная способность	Падает по мере добавления новых узлов и при обмене длинными сообщениями.	Падает по мере добавления новых узлов.	Зависит от скорости внутренней системной шины центрального узла.
Задержка	В ЛВС с типом «шина» зависит от числа узлов сети, в сети с типом «дерево» непредсказуема.	Зависит от числа узлов сети.	При большой нагрузке запросы могут блокироваться в центральном узле.

Классификация сетей по физическим носителям сигналов :

1. Витая пара проводов. Достоинство - низкая стоимость. Недостатки:

Плохая помехозащищенность;

Низкая скорость передачи информации - до 10 Мбит/с;

Расстояние - до 100 м.

1. Коаксиальный кабель . Обладает высокой помехозащищенностью и обеспечивает скорость передачи информации до 100 Мбит/с, расстояние - до 185 (500) м.
2. Оптоволоконный кабель . Скорость передачи более 100 Мбит/с, не имеет излучения.
3. Беспроводная сеть Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity - «беспроводная точность») на базе стандартов IEEE 802.11. Установка сети там, где развёртывание кабельной системы невозможно или экономически нецелесообразно. Скорость работы сети более 100 Мбит/с. Пользователи могут перемещаться между точками доступа по территории покрытия сети Wi-Fi. Позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам.