Основы организации сетей CISCO т.1 - Вито Амато

О редакторе серии

Вито Амато (Vito Amato) — старший технический автор во Всемирной образовательной системе компании Cisco. В свое время он работал директором по информационным технологиям отдела образования штата Аризона. Степень доктора философии Вито получил в Аризонском государственном университете, где специализировался на разработке учебных курсов и методичек, ориентированных на среду учебного процесса и применение в нем компьютеров. В настоящее время Вито преподает в Аризонском государственном университете теорию и практику заочного обучения. В течение трех последних лет Вито был вовлечен в планирование, написание и внедрение программы Сетевой академии Cisco. Основное внимание в ходе своей исследовательской, писательской и преподавательской деятельности Вито уделяет внедрению информационных технологий в среду преподавания и обучения.

Благодарности редактора серии

Данная книга была бы невозможна без четкого видения стоявших целей и самоотверженности Джорджа Варда (George Ward), Кевина Уорнера (Kevin Warner), Алекса Белу (Alex Belous), Дэвида Александера (Devid Alexander) и всей группы, которая занимается разработкой учебных курсов. Мне хотелось бы высказать слова признательности за их поддержку, которая не только сделала эту книгу реальностью, но и вдохнула жизнь в программу Сетевой академии Cisco, в рамках которой, собственно, и была создана данная книга. Мне также хотелось бы поблагодарить Джая Госина (Jai Gosine) и Денниса Фреззо (Dennis Frezzo), глубокое знание предмета которых позволило мне организовать материал книги. Кроме того, хотелось бы поблагодарить Уэйна Левиса (Wayne Lewis), обновившего устаревшие данные. Уэйн является координатором учебного центра Академии Cisco при городском общеобразовательном колледже Гонолулу. Он также занимается обучением ин- структоров для Академии Cisco в Японии, Индонезии, Гонконге, США и на Тайване. В 1992 году Уэйн получил звание доктора философии в области математики Гавайского университета. Он является сертифицированным специалистом Cisco по сетям и проектированию, а также сертифицированным инструктором Академии Cisco и специалистом Microsoft. В свободное время Уэйн занимается серфингом на северном побережье Оаху. И, конечно же, я хотел бы поблагодарить свою жену Бонни и моих детей Тори, Майкла, Мет-тью и Лауру за их терпение и поддержку.

Данная книга является результатом синтеза и интеграции многих публикаций Cisco образовательного характера. И мне хотелось бы поблагодарить всю команду по разработке маркетинга системы образования за их вклад в это издание И, наконец, я хотел бы поблагодарить сотрудников издательства Cisco Press в лице Дейва Дастимера (Dave Dusthimer), Ами Левис (Amy Lewis) и Китти Джаррет (Kitty Jarrett), которые провели меня через весь процесс издания этой книги.

О технических рецензентах

Рецензенты внесли свой огромный практический опыт в процесс разработки первого тома книги Основы организации сетей Cisco. По мере написания книги они просматривали все материалы с точки зрения технического содержания, организации и подачи. Сделанные ими замечания оказали критически важное влияние на то, чтобы эта книга удовлетворяла потребность наших читателей в высококачественной технической информации.

Дениз Хойт (Denise Hoyt) 16 лет была преподавателем. Степень бакалавра получила в Калифорнийском государственном университете, Чико, а степень магистра по ад- министрированию — в университете Редлендса. Летом 1998 года она прошла сертифицирование на звание инструктора по программе Сетевой академии Cisco и в конце этого же года заняла

Введение

Первый том книги Основы организации сетей Cisco задуман как дополнение к классным и лабораторным занятиям студентов, изучающих интерактивный курс Сетевой академии Cisco версии 2.1.

В отсутствие курса эта книга помогает получить углубленные знания основ теории и практики создания сетей и основ конфигурирования маршрутизаторов. Настоящее издание включает дополнительный материал, который был недавно добавлен в интерактивный курс. В состав данного введения также включена подробная таблица соответствия, которая поможет студентам и преподавателям найти

нужный материал для дополнительного чтения по темам соответствующих глав учебного курса версии 2,1. Если читатель не является студентом Сетевой Академии, он может пропустить эту таблицу.

Первый семестр курса версии 2.1 полностью посвящен модели OSI и только в середине рассматривается понятие структурированной кабельной системы. С учетом этих изменений в книгу включены приложение Г, "Основы компьютерной техники", содержащее основополагающие сведения, существенные для освоения курса, приложения Д, "Основы электроники и сигналы", и Е, "Формирование сигналов и передача данных", которые разъясняют материал разделов курса, посвященных средам передачи данных и основам электроники. Приложение Ж, "Преобразование в двоичную и шестнадцатеричную систему счисления", отражает присутствующие в курсе элементы двоичной и шестнадцатеричной математики, преподаваемые отдельно от IP-адресации, чтобы дать студентам время освоить эту математику до ее практического применения. Для поддержки курса в книгу также введено приложение 3, "Поиск и устранение неисправностей в сетях".

И наконец, цель — этой книги подготовить читателя не только к тестированию и сдаче квалификационного экзамена на звание сертифицированного Cisco сетевого администратора, но и к

сдаче квалификационного экзамена на звание специалиста по сетям в рамках программы сертифицирования CompTIA Net+. Знание и понимание модели OSI являются абсолютно необходимыми для всех студентов, специализирующихся в области создания сетей, которые готовятся к сдаче экзамена на звание сертифицированного Cisco сетевого администратора. Наряду с разделом об Ethernet, который важен для понимания доминирующей в мире технологии локальных сетей, также важными для сдачи этого экзамена являются разделы, посвященные конфликтам и сегментированию. Главы, посвященные теме IP-адресации, являются, вероятно, наиболее трудными с концептуальной точки зрения, но, тем не менее, это очень важные главы, и особенно для сдачи экзамена на звание сертифицированного сетевого администратора. Наконец, если вы ищете работу, связанную с созданием сетевых кабельных систем, то критически важно хорошо усвоить материал глав, посвященных структурированным кабельным системам и системам электропитания в сети.

Таблица соответствия для учебного курса

Если вы студент Сетевой академии, то интерактивный курс представляет собой наиболее динамичную часть программы Сетевой академии. Предполагается, что изучение каждой главы читатель начинает с интерактивного материала, а затем переходит к печатным материалам. Чтобы получить наибольшую отдачу от различных компонентов программы, используйте настоящую таблицу соответствия.

Особенности книги

Многие элементы этой книги облегчают понимание излагаемых в ней вопросов по теории и практике создания сетей и маршрутизации.

•Цели главы. В начале каждой главы приводится перечень целей, которые должны быть достигнуты к концу изучения конкретной главы. Кроме того, в перечне упоминаются объясняемые в этой главе понятия, что позволяет использовать его в качестве средства систематизации.

•Рисунки, листинги и таблицы. В книге содержатся рисунки, листинги и таблицы, которые помогают в объяснении теоретических вопросов, понятий и команд, а также смысла последовательностей начального конфигурирования; они подкрепляют разъяснения концепций и помогают визуализировать содержание излагаемого в главе материала. Кроме того, листинги и таблицы содержат сводные данные о командах и их описания, примеры выводимой на экран информации, а также включают информацию практического и теоретического характера.

•Резюме глав. В конце каждой главы кратко изложены описываемые в ней концепции и понятия; по сути — это конспективное изложение содержания главы, которое помогает в освоении материала.

•Контрольные вопросы. После резюме в каждой главе даются 10 контрольных вопросов, которые позволят оценить качество усвоения материала. Кроме того, вопросы подкрепляют объяснение концепций, введенных в главе, и помогают проверить уровень понимания перед переходом к изучению новой темы.

Условные обозначения

В этой книге используются следующие условные обозначения.

∙Важные или новые термины выделяются курсивом.

∙Все примеры кода даются шрифтом courier, при этом различные элементы кода приводятся с использованием следующих условных обозначений.

-Команды и ключевые слова набраны полужирным шрифтом.

-Названия аргументов, которые замещают собой значения, вводимые пользователем, показаны курсивом.

-Квадратные скобки ([ ]) указывают на опционный характер ключевых слов или аргументов.

-Фигурные скобки ({ }) указывают на обязательность выбора какого-либо из приведенных значений.

-Вертикальные черточки ( ) используются для разделения значений для выбора.

Структура книги

Книга содержит 19 глав, 8 приложений и словарь терминов.

Глава 1, "Организация сети и эталонная модель OSI", посвящена обсуждению сетевых терминов и концепций, а также определению понятий локальной и глобальной сетей. Кроме того, в ней рассматриваются семиуровневая эталонная модель взаимодействия открытых систем

(модель OSI) и процесс обмена информацией между нижними уровнями модели.

Вглаве 2, "Физический и канальный уровни", представлены функции сети, реализуемые на физическом и канальном уровнях эталонной модели OSI, а также различные типы сетевых сред передачи данных, которые используются на физическом уровне. Кроме того, в ней обсуждается тот факт, что доступ к сетевой среде передачи данных происходит на канальном уровне модели OSI, и то, каким образом данные находят в сети свой пункт назначения.

Вглаве 3, "Сетевые устройства", описаны сетевые устройства, которые могут использоваться для фильтрации трафика сети и уменьшения размеров больших доменов конфликтов, представляющих собой области, в которых есть вероятность того, что пакеты будут мешать друг другу.

Вглаве 4, "Глобальные и локальные сети", представлены технологии локальных и глобальных сетей, а также сетевые устройства, которые работают на физическом, канальном и сетевом уровнях модели OSI.

Глава 5, "IP-адресация", посвящена описанию структуры IP-адресов и трех классов сетей, определяемых в соответствии со схемами IP-адресации, а также описаны IP-адреса, которые выделены ARIN в отдельную группу и не могут быть присвоены какой-либо сети. Наконец, в ней рассматриваются подсети и маски подсетей, описываются схемы их IP-адресации.

Вглаве 6, "ARP и RARP", рассматриваются устройства локальной сети, которые перед переадресацией пакетов в пункт назначения используют протокол преобразования адресов (ARP). Кроме того, рассматривается ситуация, когда устройство, находящееся в одной сети, не знает МАС- адреса устройства, находящегося в другой сети.

Вглаве 7, "Топологии", описываются топологии, которые используются при создании сетей. Глава 8, "Структурированная кабельная система и электропитание в сетях", посвящена

структурированным кабельным системам и электрическим спецификациям для локальных сетей, а также способам прокладки кабелей и подачи электропитания в сетях, находящихся в зданиях.

Вглаве 9, "Уровни приложений, представлений, сеансовый и транспортный", рассматриваются четыре верхних уровня эталонной модели OSI. Подробно описываются процессы, используемые на

транспортном уровне для обеспечения надежной доставки данных и эффективного управления их потоком.

Вглаве 10, "Протокол TCP/IP", описываются протокол управления передачей/межсетевой протокол (TCP/IP) и его работа по обеспечению обмена данными в произвольном множестве соединенных между собой сетей.

Глава 11, "Сетевой уровень и маршрутизация", посвящена вопросам применения и работы

маршрутизаторов при реализации ключевых функций межсетевого взаимодействия сетевого уровня эталонной модели OSI.

Вглаве 12, "Пользовательский интерфейс маршрутизатора и режимы", рассматривается роль сетевого администратора в эксплуатации маршрутизатора таким образом, чтобы обеспечить рациональную и эффективную доставку данных в сети.

Вглаве 13, "Вывод информации о конфигурации маршрутизатора", описаны корректные процедуры и команды доступа к маршрутизатору, команды для проверки и обслуживания его составных частей, а также для проверки его способности обеспечить соединения в сети.

Вглаве 14, "Запуск маршрутизатора и его начальное конфигурирование", объясняется порядок

запуска маршрутизатора при его первом включении путем применения корректных команд и запускающей последовательности начального конфигурирования маршрутизатора.

Вглаве 15, "Конфигурирование маршрутизатора", объясняется использование режимов

маршрутизатора и методов конфигурирования для обновления конфигурационного файла при работе с текущей и предыдущей версиями ОС IOS.

Глава 16, "Источники загрузки ОС IOS", посвящена использованию разнообразных источников получения кода ОС IOS, исполнению команд загрузки ОС IOS в маршрутизатор, ведению резервных копий файлов и выполнению обновления версии ОС IOS.

Вглаве 17, "Конфигурирование IP-адресов интерфейсов маршрутизатора", описывается конфигурирование IP-адресов.

Вглаве 18, "Конфигурирование маршрутизатора и протоколы маршрутизации RIP и IGRP",

описывается начальное конфигурирование маршрутизатора с активизацией исполнения протоколов IP-маршрутизации RIP и IGRP.

Глава 19, "Управление сетью", посвящена базовым основам управления сетью путем

применения таких методик, как документирование, аудит, мониторинг и оценка эффективности работы.

Приложение А, "Список видеороликов", содержит справочную информацию по каждому видеоролику в формате QuickTime, который содержится на прилагаемом к. книге компакт-диске.

В приложении Б, "Сводные данные о командах", даны определения встречающихся в данной книге команд, связанных с конфигурированием и использованием маршрутизаторов Cisco. Команды располагаются в алфавитном порядке, что позволяет быстро и легко найти информацию о заданной команде.

Приложение В, "Ответы на контрольные вопросы", содержит ответы на контрольные вопросы, приведенные в конце каждой главы.

Приложение Г, "Основы компьютерной техники", содержит дополнительный материал для чтения по теме новой главы 1 интерактивного курса.

Приложение Д, "Основы электроники и сигналы", дает дополнительную информацию по физике электричества и электронике: темам, которые были добавлены в версию интерактивного курса 2.1.

Вприложении Е, "Формирование сигналов и передача данных", содержится новая информация о формировании сигналов, которая была добавлена в версии интерактивного курса 2.1.

Приложение Ж, "Преобразование в двоичную и шестнадцатеричную систему счисления", содержит дополнительный материал и практические задания, призванные помочь в освоении этой важной темы.

Вприложении 3, "Поиск и устранение неисправностей в сетях", содержится новая добавленная в интерактивный курс информация о методах поиска и устранения неисправностей.

Словарь терминов включает определения использованных в данной книге терминов и аббревиатур, относящихся к теории и практике создания сетей передачи данных.

Глава 1

Организация сети и эталонная модель OSI

В этой главе Организация сети

•Протоколы и их важность в организации

•Локальная сеть (LAN)

•Глобальная сеть (WAN)

•Программные и аппаратные особенности различных способов организации сети

•Определение и описание основных сетевых стандартов

•Функции каждого из уровней эталонной модели OSI

•Процесс инкапсуляции и взаимодействие между уровнями

Введение

В этой главе объясняются основные термины и концепции, применяемые в теории сетей и

рассматриваются два различных типа сетей

Локальные сети (Local Area Networks, LAN), позволяющие предприятиям, применяющим в своей производственной деятельности компьютерные технологии, повысить эффективность коллективного использования одних и тех же ресурсов, например , файлов и принтеров

Глобальные сети (Wide Area Networks, WAN), делающие возможным обмен данными V между предприятиями, которые удалены на значительные расстояния друг от друга.

Наконец, будут рассмотрены эталонная модель взаимодействия открытых систем

(Open System Interconnection, OSI) и процессы обмена данными между нижними уровнями этой модели.

Организация сети

Организацией сети называется обеспечение взаимосвязи между рабочими станциями, периферийным оборудованием (принтерами, накопителями на жестких дисках, сканерами, приводами CD-ROM) и другими устройствами При организации сети одной из задач является согласование различных типов компьютеров Независимо от того, какие устройства используются в сети — Macintosh, IBM-совместимые компьютеры или мэйнфреймы, — все они должны использовать для общения один и тот же язык Таким языком служит протокол, который является формальным описанием набора правил и соглашений, регламентирующих обмен информацией между устройствами в сети Например, если группе людей поручают работу над общим проектом, то не имеет значения, кто эти люди по национальности — немцы, французы, итальянцы или американцы, — главное, чтобы они могли понять друг друга, т е разговаривали на одном языке В современном мире такая группа людей, скорее всего, использовала бы английский язык В сфере компьютерных технологий роль такого языка выполняют протоколы, которые понятны всем устройствам сети.

С чего все начиналось

Первые компьютеры были автономными устройствами. Другими словами, каждый компьютер работал отдельно, независимо от других. Очень скоро стала очевидной низкая эффективность такого подхода. Необходимо было найти решение, которое бы удовлетворяло трем перечисленным ниже требованиям, а именно:

∙устраняло дублирование оборудования и ресурсов;

∙обеспечивало эффективный обмен данными между устройствами;

∙снимало проблему управления сетью.

Было найдено два решения, выполняющих поставленные условия. И это были локальные и глобальные сети.

Локальные сети

Локальные сети служат для объединения рабочих станций, периферии, терминалов и других устройств. Локальная сеть позволяет повысить эффективность работы компьютеров за счет совместного использования ими ресурсов, например файлов и принтеров. Как результат, это дает возможность предприятию использовать локальную сеть для связи воедино данных, функций обмена и вычислений, а также хранения информации на файл-серверах.

Характерными особенностями локальной сети являются:

∙ограниченные географические пределы;