Файл: Тема Общие вопросы.pdf

8 зультате появились первые локальные вычислительные сети.
В середине 1980-х годов утвердились стандартные технологии объедине- ния компьютеров в сеть. Мощным стимулом для их развития послужили пер- вые персональные компьютеры. Для создания сети достаточно было приобре- сти сетевые адаптеры соответствующего стандарта, стандартный кабель, при- соединить адаптеры к кабелю стандартными разъемами и установить на ком- пьютер одну из популярных сетевых операционных систем. Уже первые ком- пьютерные сети обеспечивали скорость передачи данных до 10 Мбит/с.
Сетевая технология
– это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (сетевых адаптеров, драй- веров, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети.
Сегодня разрыв между понятиями локальных и глобальных сетей посто- янно сокращается во многом из-за появления высокоскоростных территори- альных каналов связи. В глобальных сетях появляются службы доступа к ре- сурсам такие же удобные и прозрачные, как и службы локальных сетей (при- мер – сеть Internet).
В настоящее время наблюдается слияние технологий не только локаль- ных и глобальных сетей, но и технологий любых информационных сетей: вы- числительных, телефонных, телевизионных. Передача мультимедийной ин- формации создает большой объем трафика в сети.
Трафик
– величина потока информации (объем ее измеряется в битах или байтах и единицах, им кратных), прошедшей за определенный промежуток времени через выделенный канал связи, шлюз или другую систему.
3. Топология компьютерных сетей
Чтобы совместно использовать ресурсы и выполнять другие сетевые за- дачи, компьютеры должны быть подключены друг к другу. Для этой цели при- меняется кабель. Различные типы кабеля (витая пара проводов, коаксиальный, оптоволоконный) в сочетании с различными сетевыми платами и сетевыми операционными системами требуют различного взаимного расположения ком- пьютеров. Для способа обращения к передающей среде и методов управления сетью небезразлично, как расположены абонентские ЭВМ. Поэтому имеет смысл говорить о топологии ЛВС.
Сетевая топология
(от греческого τοπος – место) – описание конфигура- ции сети, схема расположения и соединения сетевых устройств, это усреднен- ная геометрическая схема соединений узлов сети

9
Под топологией вычислительной сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети, а ребрам – физические связи между ними. Компьютеры, подключенные к сети, часто называют
стан-
циями
, или
узлами
, сети.
Можно рассматривать
физическую и логическую
топологию компьютер- ной сети.
Физическую топологию образуют все сетевые устройства, соединенные проводами. Под логической топологией понимается путь прохождения сигнала от одной точки сети к другой.
Физическая и логическая топологии могут совпадать. Например, в топо- логии типа «шина» данные передаются по всей длине кабеля.
Физическая и логическая топологии могут и не совпадать. Например, при физической топологии типа «звезда», когда точки сети присоединены с помо- щью устройства, находящегося в центре, логическая топология может пред- ставлять собой «кольцо» – когда данные передаются последовательно от одно- го компьютера другому.
Простейшее устройство для соединения между собой двух локальных се- тей, использующих одинаковые протоколы, называется
мостом
. Мост может быть аппаратным (специализированный компьютер) или программным.
Существует множество способов соединения сетевых устройств, из них можно выделить
базовые
. Остальные способы – это комбинации базовых. В общем случае такие топологии называются смешанными, или гибридными.
Итак, все сети строятся на основе трех базовых топологий
:

«шина»;

«звезда»;

«кольцо».
Топология «шина»
Топологию «шина» часто называют «линейной шиной», она относится к наиболее простым и распространенным топологиям. В ней используется в каче- стве передающей среды коаксиальный кабель, именуемый
магистралью
, вдоль которого подключены компоненты сети.
В сети с топологией «шина» компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов. Сигналы передаются всем компьютерам сети, однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих

10 сигналах. Причем в каждый момент времени только один компьютер может ве- сти передачу.
Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, ее произ- водительность зависит от количества компьютеров, подключенных к «шине».
Чем их больше, тем медленнее сеть (рис. 1).
Рис. 1. Сеть топологии «шина»
«Шина» – пассивная топология: компьютеры только «слушают» переда- ваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю.
Поэтому, если один компьютер выйдет из строя, это не скажется на работе остальных. Сигналы распространяются по всей сети – от одного конца кабеля к другому. Если не предпринимать никаких действий, сигнал, достигая конца ка- беля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществлять пере- дачу. Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на концах ка- беля устанавливают
терминаторы
, поглощающие эти сигналы. При разрыве сетевого кабеля вся сеть перестает функционировать.
Топология «звезда»
«Звезда» (рис. 2) – базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно сетевой концен- тратор), образуя физический сегмент сети. Эта топология используется доста- точно часто (ЛВС СибУПК использует топологию «звезда»). Концепция топо- логии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой голов- ная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных
Рабочая станция, которой нужно послать данные, отсылает их на
комму-
татор
(switch), коммутатор определяет адресата и отдает ему информацию.
Коммутатор, в отличие от
концентратора
(hub), подает пакет лишь на опреде- ленный порт – получателю. Одновременно может быть передано несколько па-
Узел 1
Узел 1
Узел 1
Узел 1
Узел 1

11 кетов, а сколько именно – зависит от коммутатора. Этот вид топологии имеет как преимущества, так и недостатки.
Рис. 2. Сеть топологии «звезда»
Преимущества
и
недостатки
топологии «звезда» приведены в табл. 1.
Таблица 1
Преимущества
Недостатки
Выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом
Выход из строя центрального концентра- тора оборачивается неработоспособно- стью сети (или сегмента сети) в целом
Хорошая масштабируемость сети
Для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства се- тей других топологий
Легкий поиск неисправностей и обрывов в сети
Конечное число рабочих станций в сети
(или сегменте сети) ограничено количе- ством портов в центральном концентраторе
Высокая производительность сети (при условии правильного проектирования);
Гибкие возможности администрирования
При разрыве кабеля сеть не работает только на одном из «лучей» звезды. На остальные компьютеры это не повлияет
Топология «Кольцо»
Кольцо (рис. 3) – базовая топология компьютерной сети, в которой рабо- чие станции подключены последовательно, образуя замкнутую цепь, или за- мкнутую кривую
.
При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны од- на с другой по кругу. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуни- кационная связь замыкается в кольцо.
При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю (можно
Центральный
узел
Узел 1
Узел 3
Узел 2
Узел 4

12 использовать любой тип кабеля), замкнутому в кольцо. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер, т.е. выход одного узла сети соединяется со входом другого. В отличие от пассивной то- пологии «шина», в этой топологии каждый компьютер выступает в роли уси- лителя сигналов, передавая их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.
Рис. 3. Сеть топологии «кольцо»
Принцип передачи данных в кольцевой сети называется «передачей марке- ра». Продолжительность передачи данных увеличивается пропорционально ко- личеству рабочих станций, входящих в сеть. Маркер последовательно, от одного компьютера к другому, передается до тех пор, пока его не получит тот, кто хочет передать данные. Передающий компьютер изменяет маркер, помещает в данные электронный адрес и посылает их кольцу.
Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя, указанным в данных. После этого при- нимающий компьютер посылает передающему сообщение, где подтверждает факт приема данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть. В кольце диаметром 200 м маркер мо- жет циркулировать с частотой 10 000 об/сек.
Кольцевая топология идеальна для сетей, занимающих сравнительно не- большое пространство.
Комбинированные топологии
В реальных вычислительных сетях могут использоваться более сложные топологии, представляющие в некоторых случаях сочетания рассмотренных выше топологий, например, «звезда-кольцо» или «звезда-шина», где несколько сетей с топологией «звезда» объединяются с помощью магистральной линей-
Узел 1
Узел 2
Узел 4
Узел 3

13 ной шины.
Сравнительная характеристика различных топологий представлена в табл. 2.
Таблица 2
Тополо-
гия
Расход
кабеля
Производительность
от количества ком-
пьютеров
Поломка
компьютера
Разрыв
кабеля
Усиление
сигнала
«Шина»
Не- большой
Зависит
Не влияет
Влияет
Нет
«Звезда»
Большой
Не зависит
Не влияет
Не влияет
Может быть
«Кольцо»
Не- большой
Не зависит
Влияет
Влияет
Да
4. Передача информации
В сетях с передачей информации связаны два основных понятия прото-
кол и адрес.
Сетевые протоколы
Протокол
это набор правил, которых должны придерживаться все ком- пании, чтобы обеспечить совместимость производимого аппаратного и про- граммного обеспечения.
Использование
стандартных протоколов
позволяет осуществить возмож- ность подключения к Интернету разнотипных компьютеров, работающих под управлением различных операционных систем.
Протокол определяет, как различные части полного пакета управляют пе- редачей информации, указывает, содержит ли пакет сообщение электронной почты, статью телеконференции или служебные сообщения, а также включает правила обработки ошибок.
Так как в одном протоколе описать все возможности взаимодействия практически невозможно, сетевые протоколы строятся по многоуровневому принципу. В Интернете используется несколько уровней протоколов, которые взаимодействуют друг с другом.
Работа в сети Интернет основана на использовании семейства
коммуникацион-
ных протоколов ТСР/IP
(Transmission Control Protocol/Internet Protocol Протокол управления передачи данных/ Интернет Протокол). Протоколы ТСР/IР были предло- жены в 1973 году и приняты в 1982 году в стандартизованной версии. ТСР/IP исполь- зуется для передачи данных как в глобальной сети Интернет, так и во многих локаль-

14 ных сетях.
Правила, включенные в протокол, гарантируют, что, например, ЭВМ фирмы Digital Equipment, работающая с пакетом ТСР/IP, сможет общаться с PC
Compaq, тоже работающим с ТСР/IP. Протокол также определяет, каким обра- зом одно приложение связывается с другим, и включает правила обработки ошибок.
ТСР/IP не является одной программой, а относится к целому семейству
связанных между собой протоколов, разработанных для передачи информа- ции по сети и одновременно обеспечения информацией о состоянии самой се- ти. Каждая часть семейства ТСР/IP решает одну из задач:
 отправление электронной почты,
 обеспечение удаленного обслуживания входа в систему,
 пересылка файлов,
 маршрутизация сообщений,
 обработка сбоев в сети и др.
Компоненты ТСР/IP
По типу выполняемых задач сервис, включаемый в ТСР/IP, можно клас- сифицировать:

транспортные протоколы
(управляют передачей данных между двумя машинами TCP, UDP);

протоколы маршрутизации
(обрабатывают адресацию данных и опреде- ляют наилучшие пути до адресата, а также могут обеспечить разбиение больших сообщений на несколько сообщений меньшей длины, которые затем последовательно передаются и компонуются в единое целое на ком- пьютере-адресате IP, ICMP, RIP, OSPF);

поддержка сетевого адреса
(способ идентификации машины с уни- кальным номером и именем ARP, DNS, RARP);

прикладные сервисы
(программы, которые пользователь, или компью- тер, использует для получения доступа к различным услугам
BOOTP, FTP, TELNET);

шлюзовые протоколы
(помогают передавать по сети сообщения о марш- рутизации и информацию о состоянии сети, а также обрабатывать данные для локальных сетей EGP, GGP, IGP);

другие протоколы
(не относятся к категориям, упомянутым выше, но играют важную роль в сети NFS, NIS, RPC, SMTP, SNMP).
Все эти виды сервиса в совокупности составляют ТСР/IP
мощное и эф-

15
фективное семейство сетевых протоколов.
Следует отметить, что система протоколов ТСР/IP имеет
иерархическую
структуру
, включающую функционально изолированные друг от друга уровни:
 уровень приложений,
 транспортный уровень,
 сетевой уровень,
 физический уровень.
Как видно из названия, протокол ТСР/IP включает два протокола – ТСР и
IP, каждый из которых выполняет определенные функции.
Протокол IP
– основной протокол ТСР/IP. Его задачей является адресация датаграмм
1
и их передача от одного компьютера к другому. Он анализирует информацию об адресате и использует ее для определения наилучшего марш- рута. IPдобавляет свой собственный заголовок к сообщению, полученному от более высоких уровней ТСР.Кроме того, IPрешает задачу разбиения длинных датаграмм (более 64 Кбайт) на части меньшего размера и последующей сборки их в первоначальный вид в точке назначения. Процесс разбиения и сборки да- таграмм осуществляется в определенной последовательности и включает сле- дующие операции:

сегментацию
– процесс разбиения датаграммы на несколько неболь- ших датаграмм;

компоновку
– процесс объединения маленьких датаграмм в исходную большую датаграмму;

конкатенацию
– процесс объединения нескольких датаграмм в одну большую датаграмму, при котором сообщения могут быть получены из различных прикладных программ;

разделение
– обратный конкатенации (объединению) процесс разбие- ния целой датаграммы на несколько небольших сообщений для раз- личных прикладных программ.
Все эти процессы IPвыполняет незаметно для пользователя.
Рассмотрим, как взаимодействуют эти протоколы при передаче датаграм- мы от одного компьютера к другому по сети Интернет на условном примере
(рис. 4). На рис. 4 видно, что процесс передачи датаграммы включает некото- рую последовательность операций
1. : С помощью протокола ТСР осуществляется:
1
Датаграмма это скомпонованное сообщение, переданное через все уровни в сеть. Когда говорят о ТСР/IP, то вместо термина «сообщение» правильнее использовать термин «дата- грамма».

16
 разбиение сообщения на 12 частей;
 последовательная нумерация всех частей.
Рис. 4.Работа протоколовТСР и IPпри передаче датаграммы от одного компьютера к другому по сети Интернет

17 2. Далее пронумерованные части обрабатываются протоколом IP:
 к каждой части добавляется IP-адрес назначения и формируется пакет;
 осуществляется передача пакетов получателю по сети Интернет (раз- ные пакеты могут пересылаться разными путями);
 пакеты принимаются из сети.
3. Затем с помощью протокола ТСР:
 пакеты сортируются в соответствии с присвоенными им номерами;
 информация собирается в единое сообщение.
Адресация в сети Интернет
Каждая машина, которая подключена к Интернету или любой другой
TCP/IP-сети, должна быть уникально идентифицирована, для чего использу- ются
числовые интернет-адреса
, или (более правильно)
IP-адреса, и домен-
ные имена.

IP-адреса
. Числовой адрес компьютера всегда имеет длину 32 бита
1
и состо- ит из четырех частей по 8 бит, отделяемых друг от друга точками. Каждая часть может принимать значения от 0 до 255 (например, 255.255.255.255 или 147.120.2.28). Такая схема нумерации позволяет иметь в сети более че- тырех миллиардов компьютеров.
IP-адреса назначаются не по принципу перечисления
хостов
в сети, они со- стоят как бы из двух частей: адреса сети и адреса хоста в этой сети, поэтому хо- сты в разных сетях могут иметь одинаковые номера (например, номера
147.120.2.28 и 148.100.2.28 идентифицируют разные компьютеры, несмотря на то, что у них совпадают адреса хостов).
2
Всякий раз, когда посылается сообщение какому-либо хост-компьютеру в Ин- тернет, числовой адрес используется для указания адреса отправителя и получате- ля. Однако пользователю не приходится запоминать числовые адреса, т.к. это весьма затруднительно. Для этого существует специальный сервис TCP/IP, называ- емый
Domain Name System
(Доменная система имен).
Доменные имена
. Понятие «
домен
» используется для обозначения группы компьютеров, имеющей общую часть в Интернет-адресе. Доменное имя состо- ит из нескольких частей, расположенных в определенном порядке и определя- ющих конкретный хост-компьютер, владеющую им организацию и иерархию доменов (объединений компьютеров и сетей), к которой они принадлежат. Та-
1
Бит – это один двоичный разряд (либо 1, либо 0).
2
В 2010 г. для записи
IP-адреса выделяется 64 бита, что позволило существенно увеличить число компьютеров, подключаемых к Интернету.