Курсы повышения квалификации «АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ»

Лекция 16. Структура и организация сетей

В лекции приведен обзор концепций сетевой работы, включая общие понятия о том, как компьютер обрабатывает данные и как это используется при организации сетевого взаимодействия. Дополнительно рассказывается о семиуровневой модели взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnect, OSI), о сетях Ethernet и гигабитный Ethernet и беспроводном оборудовании. Завершит лекцию обзор технологий глобальных сетей (Wide Area Network, WAN).

Двоичные сообщения состоят из битов

Для обмена данными компьютеры, образующие сеть, должны передавать друг другу электрические сигналы при помощи различных аппаратных средств. Эти сигналы проходят по лабиринту транзисторов и микросхем внутри компьютера, а затем отправляются по соединительным кабелям к другим сетевым устройствам.

Во время передачи от одного устройства к другому сигнал сначала попадает на сетевую интерфейсную плату (Network Interface Card, NIC), или сетевой адаптер. Сетевой адаптер преобразует электрические волновые импульсы в данные, понятные компьютеру. Он интерпретирует каждый волновой импульс как одно из состояний: включено (on) или выключено (off). Этот процесс называется преобразованием в двоичную форму. Состояние on означает двоичное число 1, а состояние off - 0. Данные, поступившие в компьютер, превращаются в биты. Файл, состоящий из битов, называется двоичным файлом.

Примечание. В оптоволоконных сетях в двоичную форму переводятся световые импульсы, также представляющие собой сигналы on и off.

Колебания напряжения электрических импульсов (своего рода азбука Морзе) преобразуются в двоичную форму. Естественно, эти колебания происходят за очень короткие промежутки времени. Период времени между двумя колебаниями называется циклом, обратная величина к периоду называется частотой, частота измеряется в герцах (Гц). Так, процессор в сетевой плате, работающий со скоростью 100 Мб/с, генерирует сто миллионов импульсов в секунду.

Сетевые устройства

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.

Рис.12.1. Связь между двумя ПК на разных континентах

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:

• Поддержка различных протоколов (Ethernet, Token Ring, ISDN и др.) для успешной реализации совместимости компьютеров.

• Установка связи между локальными и глобальными сетями с возможностью создания широкомасштабных сетей при минимуме централизованного планирования.

• Фильтрация нежелательного трафика посредством изоляции областей, в которых сообщения могут транслироваться всем пользователям сети.

• Обеспечение безопасности за счет контроля трафика с помощью списков разрешений доступа.

• Обеспечение стабильности работы за счет предоставления множества внутрисетевых маршрутов.

• Автоматическая прокладка новых маршрутов и выбор наиболее оптимальных, устранение искусственных ограничений, возникающие на пути расширения и улучшения работы сети.

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.