Компьютерные сети Кабели и интерфейсы Обмен данных в сети Сетевое оборудование и топологии Служба передачи файлов FTP Беспроводные сети Архитектура Ethernet IP-адреса для локальных сетей Нагрузочная способность сети

Выбор устройств связи и стека протоколов

Выбор устройств связи

Проанализировав рассмотренные ранее сетевые архитектуры, понятно, что надо использовать сети технологии Ethernet (на базе «витой пары») и Wi-Fi. Будем считать, что кабельная инфраструктура уже готова — в нужных местах проложены кабели, смонтированы розетки и панели для подключения сетевых устройств. Теперь нужно выбрать устройства, которые позволят объединить компьютеры, серверы, ноутбуки и КПК в единую сеть.

Устанавливаем сетевой адаптер

Начнем с компьютеров. Чтобы взаимодействовать с сетью, компьютеру требуется какой-либо сетевой адаптер (проводной или беспроводной). Обычно с этим проблем не бывает — подавляющее большинство современных компьютеров имеют встроенные сетевые адаптеры Ethernet и Wi-Fi, интегрированные в материнскую плату (иногда — даже несколько). Не беда, если в вашем компьютере не окажется нужного сетевого адаптера, — его легко приобрести в любом компьютерном магазине и установить в слот расширения компьютера или в порт USB.

Кроме того, следует установить драйвер сетевого адаптера — специальное программное обеспечение, позволяющее операционной системе (ОС) работать с этим устройством. Как правило, современная ОС (например, Windows XP) сама распознает устройство и устанавливает для него требуемый драйвер. Если же этого не произошло (или с автоматически установленным драйвером сеть не работает), то надо установить драйвер вручную с дискеты, входящей в комплект поставки адаптера.

Сетевой адаптер и драйвер работают на физическом уровне и подуровне управления доступом к среде (MAC) модели OSI, обеспечивая взаимодействие физического и сетевого уровней.

Адаптер должен иметь нужный разъем для подключения коннектора (обычно RJ-45), а также уникальный физический (или «MAC») адрес, используемый для однозначной идентификации компьютера в данном сегменте сети. Обычно этот адрес назначается производителем адаптера при изготовлении, однако некоторые модели адаптеров допускают смену МАС-адреса вручную, например, через настройки BIOS адаптера или с помощью специальной программы.

Если на компьютере с операционной системой Windows 2000 или ХР установлен протокол TCP/IP, то МАС-адреса установленных в этом компьютере адаптеров можно легко определить с помощью целого ряда утилит:

IPCONFIG, NBTSTAT, ROUTE PRINT, NETSTAT, NET CONFIG.

Достаточно в командной строке подать команду 

IPCONFIG /ALL

и в выданном на экран тексте обратить внимание на параметр «Физический адрес».

В операционной системе Windows XP это сделать еще проще —

достаточно дважды щелкнуть мышью на значке подключения в окне Сетевые подключения,

в открывшемся окне состояния адаптера выбрать вкладку Поддержка

и на ней нажать кнопку Подробности.

1.2 Выбираем устройство связи

Ранее уже упоминались различные типы устройств, используемых для связи компьютеров в сетях. Теперь рассмотрим их подробнее, поскольку от правильного выбора устройства связи зависят не только качество и скорость работы сети, но и возможности ее дальнейшего расширения.

Чтобы объединить сетью только два компьютера (например, в домашней сети), устройства связи вообще не нужны — достаточно наличия в них совместимых сетевых адаптеров.

При использовании Ethernet нам потребуется перекрестный кабель, который достаточно вставить в разъемы RJ-45 сетевых адаптеров.

При использовании же Wi-Fi следует переключить беспроводные адаптеры в специальный режим Ad-Hoc, обеспечивающий прямое взаимодействие компьютеров друг с другом. Заметим, что таким способом можно соединить и несколько компьютеров с беспроводными адаптерами, однако скорость передачи данных будет уменьшаться с увеличением числа компьютеров в такой сети.

1.2.1 Концентраторы (повторители)

Простейшим устройством, обеспечивающим связь компьютеров друг с другом, является концентратор, или «хаб» (hub). В сетях, использующих коаксиальный кабель, концентраторы принято называть повторителями, или репитерами (repeater).

Обычно концентратор имеет от 4 до 32 гнезд (портов) для подсоединения коннекторов различных типов. В большинстве случаев это будут, конечно, гнезда для коннекторов RJ-45, однако существуют и гибридные концентраторы с портами RJ-45 и BNC, позволяющие объединять сегменты Ethernet стандартов 10Base-T и 10Base-2. К портам можно подключать не только компьютеры, но и другие концентраторы, формируя таким образом цепочки (каскады) концентраторов или еще более сложные топологии типа «дерево».

В стандартах 10Base-5 и 10Base-2 на такое каскадирование концентраторов действовали довольно жесткие ограничения, описываемые «правилом 5-4-3»: в сети не могло быть больше 5 сегментов, соединенных 4 репитерами, и только в 3 сегментах допускалось подключение компьютеров. В сетях стандарта 10Base-T допускалось максимум 5 сегментов. В стандарте 100Base-T все было еще сложнее — концентраторы класса I, поддерживающие одновременную работу с устройствами 100Base-T4, 100Base-TX и 100Base-FX, каскадировать было вообще нельзя, а концентраторы класса II можно было объединять только в пару. В этом и состояла первая проблема сетей на основе концентраторов — построить крупную сеть с помощью только концентраторов было просто невозможно.

Концентраторы работают на физическом уровне модели OSI и являются достаточно примитивными активными устройствами (требующими подключения к электрической сети). Их основная задача — принять, усилить и ретранслировать электрический сигнал, полученный от одного компьютера, во все остальные активные порты (рис. 1.1). Никакой другой обработке сигнал в концентраторе не подвергается, его буферизация не производится, а коллизии не обрабатываются (хотя на многих моделях концентраторов есть индикатор уровня столкновений).

Рис. 1.1. Пример передачи данных с помощью концентраторов

Пакет, отправленный компьютером В компьютеру А. будет передан всем рабочим станциям, серверу, принтеру и другим сетевым устройствам.

Отсюда вытекает вторая основная проблема, с которой рано или поздно сталкиваются все администраторы сетей, применяющие только концентраторы, — очень большое количество столкновений, возрастающее с увеличением числа сегментов и компьютеров в сети (вспомним, что в сети Ethernet используется метод доступа CSMA/CD). Есть даже термин, описывающий такое поведение сети: говорят, что концентраторы формируют «область столкновений» (Collision Domain). Поэтому сегодня концентраторы в сетях практически не используются — их вытеснили сначала мосты, а затем коммутаторы.

1.2.2 Мосты и коммутаторы

Мосты (bridge), а затем и коммутаторы (switch) были призваны помочь в объединении сетей и устранении проблемы возникновения большого числа коллизий.

Существенным отличием этих устройств от концентраторов является то, что они умеют определять МАС-адреса источника и приемника сигналов, а также поддерживать таблицу соответствия своих портов и используемых в сети МАС-адресов.

  Такую таблицу мост (или коммутатор) формирует сразу после включения по следующему принципу — как только порт получает ответ от устройства с определенным физическим адресом, в таблице появляется строчка соответствия: «МАС-адрес <-> порт».

Таким образом, эти устройства работают не только на физическом уровне модели OSI, но и на канальном, — точнее, на подуровне управления доступом к среде (MAC).

Получив кадр и определив адрес назначения, мост или коммутатор транслируют кадр только в тот порт, с которым этот МАС-адрес сопоставлен в таблице соответствий.

Кадры, передаваемые между компьютерами одного сегмента, коммутатор получает, но никуда не транслирует (рис. 1.2).

Обмен данными между компьютерами А и В никак не влияет на взаимодействие компьютера С с сервером, а компьютера D и Е — друг с другом.

Рис. 1.2. Передача кадров с помощью коммутаторов

Единственными сигналами, передаваемыми во все порты, являются кадры, предназначенные для адресов, пока не имеющих записей в таблице соответствий, и специальные широковещательные сообщения, предназначенные всем компьютерам локальной сети. Чтобы обозначить эту особенность работы мостов и коммутаторов, говорят, что они формируют «область широковещания» (Broadcast Domain).

Различие между мостами и коммутаторами заключается в том, что мост в каждый момент времени может передавать только один кадр, обслуживая передачу от одного компьютера к другому (поэтому первые модели мостов были двухпортовыми).

Коммутатор же умеет выстраивать большое число виртуальных каналов связи между портами (т. е. коммутировать порты друг с другом, отсюда и название устройства), производя параллельную обработку кадров, поступающих с разных портов. Естественно, производительность сетей, построенных на базе коммутаторов, существенно выше.

Подчеркнем, что подавляющее большинство современных сетей строится именно на коммутаторах, тогда как встретить концентратор или мост сегодня довольно трудно.

1.2.3 Маршрутизаторы

Маршрутизаторы работают на еще более высоком уровне модели OSI — сетевом. В их задачу входит анализ адресов, используемых в протоколе этого уровня (например, IP-адресов), и определение наилучшего маршрута доставки пакета данных по назначению (подробнее о маршрутизации будет рассказано в следующих разделах). Конечно, маршрутизаторы работают и на более низких уровнях модели OSI — как концентраторы они восстанавливают уровень и форму предаваемого сигнала, как мосты и коммутаторы — позволяют избежать столкновений.

Однако, в отличие от вышеперечисленных устройств, маршрутизаторы изменяют передаваемые кадры Ethernet — точнее, «разбирают» их до сетевого уровня, а затем формируют заново по определенным правилам. Кстати, без определенной настройки маршрутизаторы не передают в другие порты даже широковещательные пакеты, и, таким образом, служат в сетях границами областей столкновений и широковещании.

Кроме того, совместно с программами более высокого уровня модели OSI, маршрутизаторы умеют выполнять целый ряд весьма сложных действий, например, ● обнаруживать проблемы в сети и ● сообщать о них, ● вести статистику полученных и переданных данных, ● фильтровать пакеты, ● проводить авторизацию пользователей при выходе в Интернет и т. д.

Мощные маршрутизаторы являются довольно сложными и дорогими программно-аппаратными комплексами, поэтому в современных сетях они все чаще заменяются коммутаторами 3-го уровня — устройствами, занимающими промежуточную ступень между коммутаторами и маршрутизаторами.

От обычных коммутаторов они отличаются тем, что могут выполнять простейшие функции маршрутизации, оставаясь при этом производительными и не очень дорогими.

Кроме того, следует упомянуть и о такой функции современных коммутаторов, как возможность строить виртуальные локальные сети (Virtual LAN), когда в один логический сегмент сети объединяются компьютеры, физически подключенные к разным коммутаторам (рис. 1.3).

Критерии для такого объединения могут быть различными, начиная с MAC- или IP-адресов и заканчивая именами компьютеров.

Рис. 1.3. Пример формирования локальной виртуальной сети

Локальные вычислительные сети (ЛВС) - группа компьютеров, сосредоточенная на небольшой территории, объединенная одним или несколькими высокоскоростными каналами передачи данных, общем случае, коммуникационная система, принадлежащая одной организации. Метод доступа регулирует доступ узлов к кабелю (среде передачи) и определяет порядок, по которому узлы получают право доступа к среде.
Основы безопасности при работе в сетях