Какое устройство служит для сопряжения канала связи и компьютера пользователя в локальной сети

Обновлено: 01.07.2024

На первый взгляд может показаться, что стоит лишь соединить два компьютера кабелем, и они без проблем начнут обмениваться информацией. К сожалению, все гораздо сложнее.

Существует несколько причин для использования сетевых устройств в различных точках сети. В малом офисе компьютеры объединяются с помощью концентратора, или хаба ( hub ) либо небольшого коммутатора ( switch ), соединенного с сервером. В крупной организации работает большее количество коммутаторов, соединенных с несколькими серверами. При работе с интернетом к этому набору добавляются маршрутизаторы ( router ). Давайте более подробно рассмотрим работу этих устройств, выясним их функции и место в сети.

Пару десятилетий назад аббревиатура LAN ( Local Area Network - локальная вычислительная сеть ) применялась для описания сетей любого размера. Независимо от количества компьютеров - два или четыре тысячи - все они объединялись в одну сеть . Позже, когда размер сетей значительно вырос, началось их разделение на сети меньшего размера.

Примечание. Благодаря LAN -сегментации, у нас появился маршрутизатор - основа интернета. Маршрутизатор был изобретен одним человеком из Стенфорда (его рабочая станция находилась в одной локальной сети), который хотел общаться со своей женой (ее рабочая станция располагалась в другой локальной сети). Эти двое и положили начало небольшой компании, о которой вы, наверное, слышали - компании Cisco.

Маршрутизаторы

Без маршрутизаторов невозможно было бы существование интернета. Маршрутизатор делает именно то, на что указывает его название - направляет данные из одной локальной сети к другому маршрутизатору, тот - к следующему, и этот процесс повторяется до тех пор, пока информация не достигнет места назначения. Маршрутизаторы играют роль дорожной полиции, разрешая пересылку данных только авторизованным машинам, чтобы гарантировать конфиденциальность личной информации. Осуществляя поддержку соединений удаленного доступа (dial-in) и выделенных линий, маршрутизаторы обрабатывают ошибки, ведут статистику использования сети и обеспечивают безопасность данных.

Интернет осуществляет информационную связь между несколькими компьютерами, поэтому разработчики осознали потребность в инструменте для поддержки этой связи. В основном, интернет использует для своих нужд существующие телекоммуникационные линии. Для того чтобы компьютер А в США установил связь с компьютером Б в Голландии, необходимо:

проложить маршрут связи в телекоммуникационной системе;
передать по этому маршруту пакеты - блоки данных, пересылаемые с помощью интернета.

Эти задания выполняют маршрутизаторы, передавая по одному пакету в единицу времени.

Примечание. Пакеты аналогичны словам, т. е. представляют собой группы байтов одинакового размера. Отличие в том, что пакеты не обрабатываются компьютером, а передаются по телекоммуникационной системе, а затем конвертируются в данные, используемые принимающим устройством.

Функции маршрутизаторов уникальны и заключаются в следующем.

Маршрутизаторы похожи на универсальных переводчиков - их важнейшим качеством является способность одновременной поддержки нескольких сетевых протоколов. Именно благодаря этому несовместимые компьютеры могут поддерживать связь друг с другом, несмотря на различие в архитектуре сети, операционных системах, формате данных и т. д.

Способность маршрутизаторов отфильтровывать нежелательный трафик также очень важна для работы в сети. Некоторые представляют себе интернет территорией, где отсутствуют законы, и каждый может делать все, что ему вздумается. На самом деле сетевые администраторы могут оградить вас от нежелательной информации, соответствующим образом настроив свои маршрутизаторы. Это дает возможность эффективной работы в режиме онлайн, снижая ощущение, что кто-то посторонний просматривает секретные документы и файлы.

Серверы

Серверы - это компьютеры сети, управляющие важнейшими операциями ее функционирования. В локальных сетях серверы предоставляют информацию компьютерам-клиентам, а в более крупных сетях управляют работой файловой системы и печатью.

Функции сервера могут быть и узкоспециализированными в зависимости от потребностей компании, назначения и размеров сети. Одни серверы будут выполнять уникальные функции, а другие - дублирующие, в зависимости от важности возложенной на них работы.

На количество и размещение серверов влияют несколько факторов. Небольшой организации нужен всего один сервер для связи с компьютерами-клиентами. В крупных организациях серверы выполняют более специализированные задания. Как показано на рис. 1.1, в компании Acme Consolidated Consumer Products используется несколько серверов, выполняющих различные функции.

Веб-сервер содержит информацию веб-сайта (веб-страницы и онлайновый каталог).
Файловый сервер централизованно хранит файлы компании.
Сервер печати хранит задания для печати на принтере.
Сервер приложений содержит приложения, с которыми работают посетители веб-сайта и служащие компании.
Почтовый сервер контролирует электронную почту.

Каждый из этих серверов может быть отдельным устройством, но это не обязательно. На одном компьютере можно разместить несколько отдельных серверов, если правильно их настроить.

Концентраторы и коммутаторы

Концентраторы и коммутаторы - это те самые устройства, чей внешний вид больше всего пугает пользователей, со множеством портов, к которым присоединены кабелями пятой категории компьютеры этих пользователей. Основной функцией концентраторов и коммутаторов является соединение многочисленных устройств (персональных компьютеров, принтеров, других концентраторов и коммутаторов) с серверами.

Концентратор (хаб) предназначен для соединения нескольких персональных компьютеров с одним сервером. Его принцип работы напоминает работу распределителя электропитания, который используется для подключения к одной розетке нескольких устройств (телевизора, DVD-плеера, спутниковой тарелки и т.д.) При обмене данными между сервером и его клиентами хаб разделяет одно соединение на несколько.

Хаб передает один и тот же сигнал на все выходные порты, поэтому данные распространяются на все устройства локальной сети, подключенные к нему. Остается загадкой, почему в ваш компьютер не попадают данные, предназначенные для коллеги за соседним столом. Это происходит благодаря тому, что каждый компьютер отфильтровывает те пакеты, которые ему не предназначены.

Коммутатор отличается от хаба тем, что может создавать в сети выделенные (частные) соединения. В нашем примере с распределителем электропитания электрический ток разделяется на несколько потоков, подводимых ко всем устройствам в помещении. Эта аналогия соответствует работе коммутатора не полностью, поскольку он работает избирательно. Тут в большей степени подходит сравнение с системой коммутации, используемой в локальной АТС. Когда вы звоните своей матери по городскому телефону, то коммутатор работает таким образом, что образуется изолированная цепь, чтобы вы могли вести приватную беседу по поводу тети Джулии. Если бы соединение осуществлялось с помощью концентратора, то ваша беседа транслировалась бы на каждый телефонный аппарат, подключенный к нему. На рис. 1.2 показано отличие в работе концентратора и коммутатора.

Рис. 1.2. Концентратор повторяет сигнал, а коммутатор направляет его к определенному порту

Коммутаторы удобны тем, что они разделяют полосу пропускания. В коммутируемых сетях все устройства получают полный доступ к полосе пропускания физической среды передачи данных, и для выполнения передачи требуются доли секунды.

Концентратор принимает кадры (фреймы) от одного хоста (устройства, подключенного к сети и работающего через протокол TCP/IP) и пересылает их на все хосты, которые с ним связаны. Коммутатор просматривает кадры, поступающие через его порты, и сразу передает их порту (или портам) другого коммутатора. Весь процесс происходит очень быстро, поэтому коммутаторы передают одновременно несколько потоков данных. Таким образом, коммутатор может поддерживать десятки хостов посредством одного коммутируемого порта. На самом деле в каждый момент времени от порта к порту пересылается один кадр, но процесс выполняется настолько быстро, что становится прозрачным для всех работающих хостов.

Аппаратура [1] локальных сетей обеспечивает взаимодействие сетевых абонентов. Выбор аппаратных средств имеет важнейшее значение на этапе проектирования сети, так как стоимость оборудования составляет существенную часть от стоимости сети в целом, а замена аппаратуры связана не только с дополнительными расходами, но и с трудоемкими работами. К аппаратуре локальных вычислительных сетей относятся:

- кабели для передачи информации;

- разъемы для присоединения кабелей;

Сетевые адаптеры (контроллеры, карты, платы, интерфейсы, NIC – Network Interface Card) – это основная часть аппаратуры локальной сети. Назначение сетевого адаптера – сопряжение (соединение) компьютера (или другого абонента) с сетью, то есть обеспечение обмена данными между абонентом и каналом связи в соответствии с принятыми протоколами обмена. Они реализуют функции двух нижних уровней модели OSI. Как правило, сетевые адаптеры выполняются в виде платы, вставляемой в слоты расширения системной магистрали (шины) компьютера (чаще всего PCI, ISA или PC-Card). Плата сетевого адаптера имеет один или несколько внешних разъемов для подключения к ней сетевого кабеля.

Сетевые адаптеры Ethernet могут выпускаться со следующими наборами разъемов:

- TPO – разъем RJ-45 (для кабеля на витых парах по стандарту 10BASE-T);

- TPC – разъемы RJ-45 (для кабеля на витых парах 10BASE-T) и BNC (для коаксиального кабеля 10BASE2);

- Combo – разъемы RJ-45 (10BASE-T), BNC (10BASE2), AUI;

- Coax – разъемы BNC, AUI;

- FL – разъем ST (для волоконно-оптического кабеля 10BASE-FL).

К основным функциям сетевых адаптеров относятся:

- гальваническая развязка компьютера и информационной среды локальной сети (используется передача данных через импульсные трансформаторы);

- преобразование логических сигналов в сетевые (световые или электрические) и обратно;

- кодирование и декодирование сетевых сигналов (прямое и обратное преобразование сетевых кодов передачи информации;

- селекция принимаемых сетевых пакетов (выбор из приходящих пакетов адресованных данному абоненту);

- преобразование параллельного кода в последовательный при передаче данных и обратное преобразование при приеме;

- накопление (буферизация) передаваемых и принимаемых данных в памяти сетевого адаптера;

- организация доступа к сети в соответствии с принятым методом управления обменом;

- вычисление контрольной суммы пакетов при передаче и приеме.

Стандартный алгоритм взаимодействия компьютера с сетевым адаптером происходит следующим образом. Если компьютеру необходимо передать пакет, то он сначала формирует этот пакет в своей оперативной памяти, затем пересылает его в буферную память сетевого адаптера и дает ему команду на передачу. Адаптер анализирует текущее состояние сети и при первой возможности передает пакет в сеть (выполняет управление доступом к среде передачи данных). При этом он производит преобразование информации из буферной памяти в последовательный вид для побитной передачи по сети, вычисляет контрольную сумму, кодирует биты пакета в сетевой код и через узел гальванической развязки выдает пакет в кабель сети.

Если по сети приходит пакет, то сетевой адаптер через узел гальванической развязки принимает биты этого пакета, производит их декодирование из сетевого кода и сравнивает сетевой адрес приемника из пакета со своим собственным адресом (адрес сетевого адаптера устанавливается его производителем). При совпадении адреса сетевой адаптер записывает пришедший пакет в свою буферную память и сообщает компьютеру (сигналом аппаратного прерывания) о том, что получен пакет и его обработать. Одновременно с записью пакета производится вычисление контрольной суммы, что позволяет к завершению процесса приема сделать вывод о наличии в нем ошибок. Буферная память позволяет освободить компьютер от непрерывного контроля сети и обеспечивает высокую степень готовности сетевого адаптера к приему информации. Сетевой адаптер выполняет функции двух нижних уровней модели OSI.

Все остальное аппаратное обеспечение локальных сетей (кроме адаптеров) имеет вспомогательный, дополнительный характер - это промежуточные сетевые устройства.

Приемопередатчики или трансиверы (TRANsmitter + reCEIVER) используют для передачи информации между адаптером и кабелем сети или между двумя сегментами (частями) сети. Трансиверы усиливают сигналы, преобразуют их уровни или преобразуют сигналы в другую форму (например, из электрической в световую и обратно). Трансиверами, кроме того называют встроенные в адаптер приемопередатчики.

Репитеры (repeater) или повторители в отличие от трансиверов выполняют более простую функцию. Они не преобразуют ни уровни сигналов, ни их физическую природу, а только восстанавливают слабые сигналы (их амплитуду и форму), приводя их к первоначальному виду. Цель такой ретрансляции сигналов состоит в увеличении протяженности сети.

Концентраторы (хабы, hub) используют для объединения в сеть нескольких сегментов. Концентраторы (или репитерные концентраторы) представляют собой несколько репитеров, они выполняют те же функции, что и повторители. Концентраторы иногда вмешиваются в обмен для устранения некоторых явных ошибок. Они работают на первом уровне модели OSI, так как имеют дело только с физическими сигналами, с битами пакета и не анализируют его содержимое, рассматривая пакет как единое целое. На этом же уровне работают трансиверы и репитеры.

Коммутаторы (свичи, switch, коммутирующие концентраторы), как и концентраторы, служат для объединения сегментов сети. Они выполняют более сложные функции, производя сортировку поступающих пакетов с данными. Коммутаторы передают из одного сегмента сети в другой не все поступающие на них пакеты, а те, которые адресованы компьютерам того сегмента. Пакеты, передаваемые между абонентами одного сегмента, через коммутатор в другой сегмент не попадают. При этом сам пакет коммутатором не принимается, а только пересылается. Интенсивность обмена в сети уменьшается из-за разделения нагрузки, поскольку каждый сегмент работает не только со своими пакетами, но и с пакетами, пришедшими из других сегментов, а коммутатор не пропускает лишних. Коммутатор работает на втором уровне модели OSI (подуровень MAC), так как анализирует МАС-адреса внутри пакета. Кроме того, он выполняет и функции первого уровня.

Мосты (bridge), маршрутизаторы (router) и шлюзы (gateway) служат для объединения в одну сеть нескольких разнородных сетей с разными протоколами обмена нижнего уровня: с разными форматами пакетов, методами кодирования, скоростью передачи и др. В результате их использования сложная и неоднородная сеть, содержащая в себе различные сегменты, с точки зрения пользователя выглядит обычной сетью. Все эти устройства гораздо дороже, чем концентраторы, так как они выполняют довольно сложную обработку информации. Реализуются они обычно на базе компьютеров, подключенных к сети с помощью сетевых адаптеров - они представляют собой специализированные абоненты (узлы) сети.

Мосты - наиболее простые устройства из трех перечисленных выше, служащие для объединения сетей с разными стандартами обмена, например, Ethernet и Arcnet, или нескольких частей (сегментов) одной и той же сети, например, Ethernet. В последнем случае мост, как и коммутатор, только разделяет нагрузку сегментов, повышая тем самым производительность сети в целом. В отличие от коммутаторов мосты принимают поступающие пакеты данных целиком и в случае необходимости производят их несложную обработку. Мосты, как и коммутаторы, работают на втором уровне модели OSI. В последнее время они вытесняются коммутаторами, которые становятся все более функциональными.

Маршрутизаторы осуществляют выбор оптимального маршрута для каждого пакета с целью избежание чрезмерной нагрузки отдельных участков сети и обхода ее поврежденных участков. Они применяются в сложных разветвленных сетях, имеющих несколько альтернативных маршрутов между отдельными абонентами. Маршрутизаторы не преобразуют протоколы нижних уровней, поэтому они могут соединять только сегменты одноименных сетей. Маршрутизаторы работают на третьем уровне модели OSI, так как они глубоко проникают в инкапсулированный пакет и анализируют не только физический адрес пакета, но и сетевой.

Шлюзы – это устройства для соединения сетей с различными протоколами, например, для соединения локальных сетей с глобальными сетями. Это сложное, дорогое и редко применяемое сетевое оборудование. Шлюзы реализуют связь между абонентами с четвертого по седьмой уровень модели OSI. Соответственно, они выполняют и все функции нижестоящих уровней.

[1] Кондратенко С., Новиков Ю. Основы локальных сетей [Электронный ресурс]

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

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.

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.

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.

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

Концентраторы

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.

Выделяют пять видов топологии сети:

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.

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.

обрыв сетевого кабеля приводит к неработоспособности всей сети;
произвольный компьютер может получить данные, которые передаются по сети.

Протоколы TCP/IP

Основными среди них являются:

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

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.

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:

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

Устройство локальной сети

Оборудование для локальной сети

Кабель

Витая пара;
Коаксиальный кабель;
Оптоволоконный кабель,

Сетевые карты

Порядок действий, совершаемых сетевой картой, такой.

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

Концентраторы

Существует два вида концентраторов.

Коммутаторы

Коммутатор предоставляет следующие возможности:

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

Маршрутизаторы

Топология сети

Выделяют пять видов топологии сети:

Общая шина

Преимущества использования сетей с топологией «общая шина» следующие:

Значительная экономия кабеля;
Простота создания и управления.

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

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

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.

обрыв сетевого кабеля приводит к неработоспособности всей сети;
произвольный компьютер может получить данные, которые передаются по сети.