Сети
История зарождения сетевых технологий относится к временам противостояния СССР и США: инженерам США было поставлено задание сформировать отказоустойчивую децентрализованную систему приятия решений. Для решения поставленной задачи было сформировано агентство ARPA Advanced Research Projects Agency, под патронажем которого в 1969 году была реализована первая сеть ArpaNet. Размер сети был 4 узла. Сеть не имела выделенного центра.
Разработка оказалась настолько удачной, что различные организации (в основном – университеты) пожелали к ней присоединиться. В 1970 г. в ARPANET появляется первый канал, связавший организации на разных побережьях США.
В 1973 г. ARPANET впервые выходит за пределы США — при помощи норвежского спутника NORSAR к ней подключаются вычислительные центры в Норвегии и Англии.
В 1984 году число узлов сети превысило тысячу.
В 1989 году число узлов превысило 10 тысяч.
За полвека разрабатывалось множество сетевых технологий и протоколов. Наиболее прочные позиции заняли технологии семейства Ethernet и Wi-Fi, а также стек протоколов TCP/IP, поддерживающий взаимодействие узлов на всех уровнях.
Классификации сетей
Существует множество классификаций сетей. Одной из них является территориальная:
Локальные (Local Area Network, LAN) — это относительно небольшие сети масштаба предприятия, дома, офиса и т.п.
Муниципальные (Metropolitan Area Network, MAN) — сети масштаба города.
Глобальные (Wide Area Network, WAN) — сети, охватывающие значительное географическое пространство — регион, страну, континент.
Согласно некоторым классификациям вводятся также корпоративные, офисные и прочие.
Наиболее принципиальная разница между локальными и глобальными сетями. Локальная вычислительная сеть (ЛВС) характеризуется:
Высокой скоростью передачи, большой пропускной способностью
Низким уровнем ошибок (вероятность ошибок 10-7~10-8).
Эффективным быстродействующим механизмом управления обменом
Ограниченным, точно определенным числом компьютеров.
Коммуникационное оборудование
За исключение топологии «точка-точка» во всех сетях для объединения нескольких устройств требуется дополнительное коммуникационное оборудование. Это:
Концентратор (hub), который принимал сигнал от одного устройства, усиливал его и передавал на всех остальные устройства сети.
Коммутатор (switch) – «избирательный» повторитель, передающий сигнал только получателю в рамках одной сети.
Маршрутизатор (router)- устройство, соединяющее сети (передающий данные из одной сети в другую).
Точка доступа – беспроводной концентратор, соединяющий в одну сеть беспроводные устройства.
Основные термины и определения
В эпоху зарождения сетей ЛВС, как правило, были компьютерными сетями с узкополосной передачей и коммутацией пакетов.
Узкополосная и широкополосная передача
Узкополосная передача подразумевает, что сетевой кабель (или иная сетевая среда) передает только один сигнал в любой момент времени. Широкополосная передача обеспечивает передачу нескольких сигналов одновременно, используя для каждого разную частоту передачи (кабельное телевидение, радиосигнал).
Коммутация пакетов и коммутация каналов
Коммутация пакетов предполагает, что для передачи данные разбиваются на небольшие порции – пакеты. Технология коммутации каналов подразумевает установку прямого канала связи перед передачей данных (телефонная сеть).
Формат пакета
Пакет — единица информации, передаваемая между устройствами сети. Формат пакета определяется сетевыми протоколами, но общий вид формата пакета следующий:
Стартовые биты вводятся для настройки аппаратуры принимающего адаптера.
Адресная информация указывает на отправителя пакета и получателя пакета.
В пакет встраивается управляющая информация, регулирующая процесс обмена, и контрольная сумма, обеспечивающая корректность принятой информации.
Коммутация пакетов за счет дополнительных полей пакета увеличивает общий объем передаваемой информации, но, в отличии от коммутации канала, не изолирует принимающее и отправляющее устройства от взаимодействия с прочими устройствами сети.
Передача пакета
Независимо от способа соединения устройств в сеть, взаимодействие между устройствами строится по следующей схеме:
Отправитель формирует пакет, в котором указаны адрес получателя и адрес самого отправителя.
Пакет отправляется в среду передачи, в которой может быть принят любым присоединенным устройством.
Только получатель, опознав свой адрес, принимает пакет; прочие устройства его игнорируют.
Таким образом, каждое устройство в сети должно иметь свой, уникальный адрес. Известны следующие адреса устройств:
МАС-адрес, который аппаратно «прошивается» при изготовлении сетевой платы. Длина MAC-адреса 48 бит; старшие 3 байта указывают на производителя; младшие – уникально определяют сетевую плату.
IP-адрес, который настраивается программно и является адресом сетевого интерфейса. IP-адрес устройства определяется в соответствии с местонахождением устройства в какой-либо сети, указывая и на адрес сети, которой принадлежит устройство и задавая уникальный адрес самого устройства. IP-адрес определяется в соответствии с протоколом IP сетевого стека протоколов TCP/IP.
IP-адресация
Согласно протоколу IP (Internet Protocol) каждое устройство сети должно иметь уникальный настраиваемый IP-адрес, который указывает на сеть, в котором расположено устройство и на устройство в сети.
В IP 4-ой версии длина адрес 32 бита; в IP 6ой версии – 128 бит. Для простоты рассмотрим IPv4.
32 бита адреса для удобства разбиваются на 4 октета. Максимальное значение октета 255 (11111111), минимальное 0 (00000000). Каждый октет для простоты человеческого восприятия записывается в десятичном виде.
Для определения границы адреса сети и адреса узла, вторым обязательным параметром является маска подсети. Маска подсети имеет размер 32 бита (как и адрес); слева у маски стоят единицы, справа – нули. Разряды IP-адреса, соответствующие единицам маски указывают на адрес сети. Разряды IP-адреса, соответствующие нулям маски указывают на адрес узла в этой сети.
В приведенном примере адрес сети 192.168.31.0. Адрес узла в этой сети – 192.168.31.42. В этой же сети могут быть устройства с адресами 192.168.31.1, 192.168.31.2,…, 192.168.31.254. Устройство с адресом 192.168.33.42 будет находиться в другой сети.
Внимание! Адрес 192.168.31.0 не принадлежит ни одному устройству сети, указывая на адрес сети; адрес 192.168.31.255 (все единицы в поле адреса узла) также не принадлежит ни одному устройству сети, являясь широковещательным адресом. Широковещательный адрес – адрес обращения ко всем устройствам сети.
Маска подсети может быть записана подобно адресу, как 255.255.255.0. Возможен иной вариант указания той же маски подсети: «/24». Число, записанное после «/» указывает на количество единиц в маске. Полный адрес устройства запишется как 192.168.31.42/24.
Не обязательно граница адреса сети и адреса узла проходит по границе октета. В приведенном примере рассмотрим вариант адреса 192.168.31.42/20 (или 192.168.31.42 с маской 255.255.240.0).
Как видно из рисунка, маска длиной 20 бит определяется адрес сети как 192.168.16.0/20. Данный адрес не может принадлежать ни одному устройству данной сети, указывая именно на саму сеть в IPv4.
Первым адресом данной сети может быть адрес, у которого в младшем разряде адреса узла стоит единица - 192.168.16.1/20. Последним, который можно назначить узлу в сети, - 192.168.31.254/20. Если все разряды адреса содержат единицы (192.168.31.255/20) – это широковещательный адрес сети 192.168.16.0/20. Количество устройств в этой сети равно 212=4096-2=4094.
