Основы компьютерных сетей Что такое компьютерная сеть

Основы компьютерных сетей Что такое компьютерная сеть

Сеть (Network) – группа компьютеров или других устройств, каким-либо способом соединенных для обмена информацией и совместного использования ресурсов. Ресурсы – программы, файлы данных, а также принтеры и другие совместно используемые периферийные устройства сети. Простейшая сеть нескольких компьютеров и принтер

Классификация компьютерных сетей Сети Локальные сети LAN Local Area Network Региональные MAN Metropolitan Area Network Глобальные WAN Wide Area Network Локальная вычислительная сеть ЛВС – небольшая группа компьютеров, связанных друг с другом и расположенных обычно в пределах одного здания или организации Региональная сеть – сеть, соединяющая множество локальных сетей в рамках одного района, города или региона. Глобальная сеть – сеть, объединяющая компьютеры разных городов, регионов, государств.

Глобальная сеть Региональная сеть 1 Региональная сеть 2 ЛВС ЛВС ЛВС

При организации компьютерной сети исключительно важным является выбор топологии, т. е. компоновки сетевых устройств и кабельной инфраструктуры. Существуют три базовые топологии, на основе которых строится большинство сетей. Шинная (BUS), когда все узлы сети подключаются к одному незамкнутому каналу, обычно называемому шиной. Рис. Топология «Шина» В данном случае, одна из машин служит в качестве системного обслуживающего устройства, обеспечивающего централизованный доступ к общим файлам и базам данных, печатающим устройствам и другим вычислительным ресурсам. Сети данного типа приобрели большую популярность благодаря низкой стоимости, высокой гибкости и скорости передачи данных, легкости расширения сети (подключение новых абонентов к сети не сказывается на ее основных характеристиках). К недостаткам шинной топологии следует отнести необходимость использования довольно сложных протоколов и уязвимость в отношении физических повреждений кабеля. Эта топология практически уже не используется.

Кольцевая (RING), когда все узлы сети подключаются к одному замкнутому кольцевому каналу. Рис. Топология «Кольцо» Эта структура сети характеризуется тем, что информация по кольцу может передаваться только в одном направлении и все подключенные ПЭВМ могут участвовать в ее приеме и передаче. При этом абонент-получатель должен пометить полученную информацию специальным маркером, иначе могут появиться «заблудившиеся» данные, мешающие нормальной работе сети. Недостатки: Как последовательная конфигурация кольцо особенно уязвимо в отношении отказов: выход из строя какого-либо сегмента кабеля приводит к прекращению обслуживания всех пользователей. Разработчики ЛВС приложили немало усилий, чтобы справиться с этой проблемой. Защита от повреждений или отказов обеспечивается либо замыканием кольца на обратный (дублирующий) путь, либо переключением на запасное кольцо. И в том, и в другом случае сохраняется общая кольцевая топология.

Звездообразная (Active Star), когда все узлы сети подключаются к одному центральному узлу, называемому хостом (host) или хабом (hub). Рис. Топология «Звезда» Конфигурацию можно рассматривать как дальнейшее развитие структуры «дерево с корнем» с ответвлением к каждому подключенному устройству. В центре сети обычно размещается коммутирующее устройство, обеспечивающее жизнеспособность системы. ЛВС подобной конфигурации находят наиболее частое применение в автоматизированных учрежденческих системах управления, использующих центральную базу данных. Звездообразные ЛВС, как правило, менее надежны, чем сети с общей шиной или иерархические, но эта проблема решается дублированием аппаратуры центрального узла. К недостаткам можно также отнести значительное потребление кабеля (иногда в несколько раз превышающее расход в аналогичных по возможностям ЛВС с общей шиной или иерархических). Сети могут быть также смешанной топологии (гибридные), когда отдельные части сети имеют разную топологию. Примером может служить локальная сеть FDDI, в которой основные (магистральные) узлы подключаются к кольцевому каналу, а к ним по иерархической топологии подключаются остальные узлы.

Дисциплина обслуживания компьютерных сетей По дисциплине обслуживания сети подавляющее большинство современных компьютерных сетей используют технологию "клиент-сервер" (client-server) или одноранговую (peer-to-peer) технологию. При работе по технологии "клиент-сервер" пользователи делят сетевые ресурсы (такие, как базы данных, файлы или принтеры) с другими пользователями. Под сервером понимается комбинация аппаратных и программных средств, которая служит для управления сетевыми ресурсами общего доступа. Он обслуживает другие станции, предоставляя общие ресурсы и услуги для совместного использования. В сетях с выделенным сервером в основном именно ресурсы сервера, чаще всего дисковая память, доступны всем пользователям. Серверы, разделяемым ресурсом которых является дисковая память, называются файл-серверами.

Одной из важных функций сервера является управление очередью заданий работы сетевого принтера. Сетевым принтером пользоваться можно с любой рабочей станции, независимо от места подключения его в сети. То есть каждый пользователь при наличии на это прав может отправить на сетевой принтер материалы, предназначенные для печати. Регулировать очередность доступа к сетевому принтеру будут средства сетевой операционной системы. Компьютер, к которому подключен принтер, в этом случае называется принт-сервером. Файловый и принт-серверы обычно используются администратором сети и не предназначены для решения прикладных задач. На этих серверах устанавливается сетевая операционная система. Компьютеры, использующие сетевые ресурсы сервера, называются клиентами. Взаимодействие с серверами прозрачно для пользователя, поскольку компьютер сам определяет место нахождения требуемого ресурса, и сам получает к нему доступ. Каждый компьютер сети имеет уникальное сетевое имя, позволяющее однозначно его идентифицировать. Для каждого пользователя серверной сети необходимо иметь свое сетевое имя и сетевой пароль. Имена компьютеров, сетевые имена и пароли пользователей прописываются на сервере. Для удобства управления компьютерной сетью, несколько компьютеров, имеющих равные права доступа, объединяют в рабочие группы. Рабочая группа – группа компьютеров в локальной сети. Совокупность приемов разделения и ограничения прав доступа участников компьютерной сети к ресурсам называется политикой сети. Обеспечением работоспособности сети и ее администрированием занимается системный администратор – человек, управляющий организацией работы компьютерной сети.

. Сетевое оборудование Технические средства коммуникаций составляют кабели (экранированная и неэкранированная витая пара, коаксиальный, оптоволоконный), коннекторы и терминаторы, сетевые адаптеры, повторители, разветвители, мосты, маршрутизаторы, шлюзы, а также модемы, позволяющие использовать различные протоколы и топологии в единой неоднородной системе. Сетевая карта (адаптер) — устройство для подключения компьютера к сетевому кабелю. Рис. Сетевая карта В качестве физической среды для обмена информацией обычно используются: толстый (thick) коаксиальный кабель, тонкий (thin) коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель и неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted-Pair, UTP).

Витая пара Коаксиал Беспроводные линии связи: Bluetooth, GPRS, CDMA 2000, Inmarsat Оптоволокно

Мосты представляют собой устройства для соединения сегментов сети, функционирующие на подуровне контроля доступа к среде (Media Access Control) канального уровня модели OSI/ISO. Мосты обладают свойством прозрачности для протоколов более высоких уровней, то есть осуществляют передачу кадра из одного сегмента в другой по физическому адресу станции получателя, который выделяется из заголовка канального уровня, анализируют целостность кадров и отфильтровывают испорченные. Эти устройства могут обладать свойством самообучения, то есть по мере прохождения через мост кадров он заполняет две таблицы адресами станций, отправляющих сообщения, физически располагая их по разные стороны от моста и записывая в разные таблицы. Сегменты сети, которые соединяются мостом, могут использовать как одинаковые, так и разные канальные протоколы. В последнем случае мост переводит кадр одного формата в кадр другого формата. Мосты автоматически адаптируются к изменению конфигурации сети и могут соединять сети с различными протоколами сетевого уровня. К сожалению, эти устройства не могут распределять нагрузку, используя альтернативные пути в сети, что приводит иногда к перегрузке трафика (потока информационного обмена в линии связи). Коммутатор по назначению не отличается от моста, но обладает более высокой производительностью так, как мост в каждый момент времени может осуществлять передачу кадров только между одной парой портов, а коммутатор одновременно поддерживает потоки данных между всеми своими портами

Повторитель — устройство, действующее на физическом уровне, предназначенное для компенсации затухания в среде передачи данных путем усиления сигналов в целях увеличения расстояния их распространения. Одной из разновидностей повторителей являются конверторы среды. Они позволяют преобразовывать сигналы, например, при соединении коаксиального и оптоволоконного кабелей, при переходе из одной среды передачи в другую. — пассивное устройство для соединения более двух кабельных сегментов. Шлюзы — устройства, оперирующие на верхних уровнях модели OSI (сеансовом, представления и приложений). Они представляют метод подсоединения сетевых сегментов и компьютерных сетей к центральным ЭВМ. Необходимость в применении шлюзов появляется, когда объединяют две системы с совершенно различной архитектурой для перевода потока данных, проходящих между этими системами.

Маршрутизатор — делит физическую среду передачи сети на части более эффективно, чем мост или коммутатор. Он может пересылать пакеты на конкретный адрес, выбирать лучший путь для прохождения пакета и многое другое. Чем сложней и больше сеть, тем больше выгода от использования маршрутизаторов Рис. Маршрутизатор Различают однопротокольные и многопротокольные маршрутизаторы, которые могут поддерживать одновременно несколько протоколов, например IPX/SPX, TCP/IP и другие. Так как встречаются протоколы, которые не содержат информации сетевого уровня, то маршрутизаторам приходится выполнять и функции моста. Поэтому современные многопротокольные маршрутизаторы называют «мостами-маршрутизаторами» . Среди достоинств маршрутизаторов следует отметить возможность выбора маршрута, разбиение длинных сообщений на несколько коротких и использование альтернативных путей для их передач, приводящее к выравниванию трафиков по параллельным путям, тем самым позволяющее соединять сети с пакетами разной длины и облегчающее объединение сетей.

Модем – устройство, предназначенное для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи. Модем для подключения к коммутируемой телефонной линии выполняет преобразование компьютерных данных в звуковой аналоговый сигнал для передачи по телефонной линии (модуляция), а также обратное преобразование (демодуляция). Рис. Внешний модем Рис. Факс-модем Модемы бывают внутренние и внешние. Внутренние модемы вставляются внутрь системного блока компьютера. Внешние модемы представлены в виде отдельного устройства, которое соединяется кабелем с последовательным портом компьютера, таким же, к какому часто подключают мышь. Внутренние модемы содержат встроенный последовательный порт и получают питание от компьютера, внешние имеют отдельный блок питания. Внутренние модемы дешевле внешних при прочих равных характеристиках, основной из которых является скорость. Факс-модем – устройство, обеспечивающее электронную передачу обычного текста, чертежей, фотографий, схем, документов, преобразование информации в форму, пригодную для передачи по имеющемуся каналу связи, и формирование на бумажном носителе на приемной стороне дубликата — факсимиле — исходного документа. Вообще говоря, в состав любого телефакса входят сканер для считывания документа, модем, передающий и принимающий информацию по телефонной линии, а также принтер, печатающий принимаемое сообщение на термо- или обычной бумаге. Разумеется, в платах факс-модемов такие узлы, как сканер и принтер, отсутствуют. Информация представлена только в «электронном» виде.

Протокол – набор правил и процедур, регулирующий взаимодействия компьютеров в сети. Все протоколы принято соотносить с эталонной моделью взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection – OSI). Её описание было принято в 1984 году международной организацией и поэтому еще её называют ISO – International Standards Organization. ISO/OSI Она ввела понятие архитектуры открытых систем, что означает возможность взаимодействия систем по определённым правилам, хотя сами системы могут быть созданы на различных технических средствах. Основой архитектуры открытых систем является понятие уровня. Система разбивается на ряд уровней, или подсистем, каждый из которых выполняет свои функции. Модель OSI имеет вертикальную структуру, в которой все сетевые функции распределены между сетевыми уровнями. Каждому уровню соответствуют строго определенные операции и протоколы, оборудование. Реальное взаимодействие внутри одного компьютера проходит строго по вертикали и только с близлежащими уровнями. Логическое взаимодействие осуществляется по горизонтали с аналогичным уровнем другого компьютера. Каждый более высокий уровень пользуется услугами нижележащего уровня, зная, в каком виде и каким способом можно передать нужные ему данные

Компьютер А Компьютер В Прикладной Представительный Сеансовый Транспортный Виртуальная Связь Транспортный Сетевой Канальный Физический

Задача более низкого уровня – принять данные, добавить свою информацию, передать данные дальше. Только добравшись до самого низкого (физического уровня), информация передается компьютеру-получателю. В нем она проходит сквозь все слои в обратном порядке, пока не достигнет того же уровня, с которого была послана компьютером-отправителем Уровень 0 – не определен, но весьма важен. Здесь представлены посредники, по которым происходит передача сигналов: кабели, радио и ИК-сигналы. Это среда передачи. Уровень1 – физический, отвечает за поддержание связи (link) и детально описывает электрические, оптические, механические и функциональные интерфейсы со средой передачи: напряжение, частота, длины волн, типы коннекторов, схемы кодирования сигналов и т. д. Уровень 2 – канальный. Обеспечивает безошибочную передачу данных, полученных от вышележащего сетевого уровня 3 через физический уровень 1. информация на этом уровне помещается в кадры, где в заголовке содержатся адреса получателя и отправителя, а также управляющая информация, а в конце контрольная сумма, позволяющая обнаруживать ошибки. Заголовок Ithernet Преамбула Служит для синхронизац ии передатчика и приемника. 7 SFD (Start. Frame Delimiter) Начало нового кадра 1 Адрес получателя Адрес отправите ля МАС - адреса 6 Протокол или тип ……………. . IP - данные Контроль ная сумма Обычно указывается на вложенный пакет IP 6 Размер в байтах 2 CRC EFD (End Frame Delimiter) Конец кадра 46 -1500 4 Структура кадра 1

Управление логической связью LLC Канальный уровень Управление доступом к среде MAC Уровень МАС обеспечивает совместный доступ сетевых адаптеров к физическому уровню (адреса назначения кадров) Уровень LLC отвечает за безошибочную посылку и прием данных.

Уровень 3 – сетевой. Отвечает за обеспечение связи между любыми точками в сети. (маршрутизация). Уровень 4 – транспортный. Гарантирует доставку информации от одного компьютера к другому. (разбивка на пакеты, передача их в нужной последовательности к адресату. Уровень 5 – сеансовый. Позволяет двум сетевым приложениям на разных компьютерах устанавливать, поддерживать и завершать соединения. (распознавание имен, функция защиты связи). Уровень 6 – представительский Уровень представления данных. Определяет форматы представления данных (перекодировка, сжатие и распаковка данных), не меняя ее содержимого. Поэтому информация, передаваемая прикладным уровнем одной системы всегда понятна прикладному уровню другой системы Уровень 7 – прикладной. Это набор различных протоколов, с помощью которых пользователи одной сети получаю доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры, WEBстраницы. а также организуют свою совместную работу , наприме с помощью протокола электронной почты Большинство современных сетевых архитектур и наборов протоколов соответствуют этой модели в какой-то степени. Но она до сих пор используется для описания взаимодействия в сетевых средах.

TP

Для обмен данными с помощью протокола требуется несколько протоколов, которые объединены в стеки. TCP/IP. Основное преимущество этого протокола – более удобная система сетевой адресации, возможность фрагментировать пакеты, и очень небольшое количество широковещательных сообщений. Стек TCP/IP принято называть 4 -х уровневым На физическом уровне он поддерживает работу с основными технологиями локальных сетей – ETHERNET, Token Ring и т. д. На сетевом уровне располагаются несколько протоколов: ARP – является связующим звеном между сетевым и физическим уровнем. Отвечает за преобразование сетевых IP-адресов в аппаратные МАС-адреса ICMP- используется для передачи сообщений об ошибках. IGMP - используется для управления группами компьютеров. (Рассылка) IP – межсетевой протокол. Обеспечивает передачу пакета из одной сети в другую. На транспортном уровне работают два протокола: TCP и UDP TCP – основной протокол транспортного уровня. Обеспечивает установку связи между отправителем и получателем, разбиение крупного блока информации на небольшие ТСР-пакеты и их гарантированную доставку получателю. UDP – не устанавливает соединения передачей информации и не обеспечивает надежной доставки пакета, однако работает на много быстрее ТСР

Самый большой по набору протоколов является прикладной уровень. Рассмотрим некоторые из них DNS – Служба доменных имен. Используется для преобразования IP- адресов в понятные людям имена. FTP – Протокол передачи файлов. Используется для эффективной и надежной передачи файлов между клиентом и сервером FTP. HTTP – Протокол передачи гипертекста, используемый в WWW, описывает каким образом необходимо представлять данные (текстовые, аудио, видео и т. д. ) на вебсерверах, как к ним обращаться с помощью веб-браузера. POP 3 – протокол почтового отделения. Используется почтовыми клиентами для подключения своего почтового ящика.

IP - адресация IP – адрес – это уникальная 32 -разрядная последовательность цифр, с помощью которой компьютер однозначно идентифицируется в IP-сети. 32 разряда разделяются на 4 группы (октеты), каждая группа переводится в десятичное число и разделяется точкой. IP- адрес в 32 -разрядном 11000000 10101000 00000101 11001000 виде IP- адрес, разбитый на октеты Октеты в десятичном представлении IP- адрес в виде десятичных чисел, разделенных точками. 11000000 10101000 00000101 11001000 192 168 5 200 192. 168. 5. 200

Вторым обязательным параметром, без которого протокол TCP/IP работать не будет, является маска подсети. Маска подсети -32 -разрядное число, состоящее из идущих вначале 1, а затем 0. Она играет важную роль в маршрутизации. Маска нужна для того, чтобы определить какие адреса являются локальными, а какие удаленными. Маской подсети IP – адрес делит на 2 части: идентификатор сети (Net ID) и идентификатор узла (Host ID). Там, где в в маске стоят 1, это идентификатор сети, где стоят 0 – идентификатор узла. Если IPадрес принадлежит локальной сети, то пакет идет к нужному компьютеру, если к удаленной, то пакет передается по адресу основного шлюза. IP-адрес можно назначить самостоятельно, но в этом случае могут возникнуть ошибки идентификации (уже такой адрес есть), поэтому его лучше получить автоматически через протокол динамической загрузки адресов (DHCP). По запросу из этого протокола можно получить адрес основного шлюза, адреса DNS, WINS-серверов, название домена, в который входит этот компьютер. DNS – серверы преобразуют доменные имена в IP –адреса Человеку с числовыми именами работать неудобно, поэтому используются словесные имена компьютера, и существуют доменные имена компьютеров. ДОМЕН – это логическая группировка компьютеров, объединенных общей базой данных пользователей и компьютеров, политикой безопасности.

. . com Microsoft. com . edu Google. com Корневой домен . ru . be mail. ru Домены первого уровня . ca rambler. ru Домены второго уровня www. microsoft. com Sales. microsoft. com Доменная система имен Marketing. microsoft. com Домены третьего уровня