ОИТ

ПЕРВАЯ ЧАСТЬ 1. Архитектура компьютерной сети. Виды архитектур компьютерных сетей.

Архитектура – это концепция, определяющая взаимосвязь, структуру и функции взаимодействия рабочих станций в сети. Архитектура предусматривает логическую, функциональную и физическую организации технических и программных средств сети.

Восновном выделяют три вида архитектур:

•Терминал – главный компьютер;

•Одноранговая архитектура - способ организации высокоуровнего сетевого взаимодействия, где все узлы сети обладают равными правами и выступают поставщиками и потребителями сетевых сервисов одновременно.;

•Архитектура на основе сервера (клиент-сервер).

Сети работают на основе выделенного сервера. Выделенным называется сервер, который функционирует только как сервер и не используется в качестве клиента.

Комбинированные сети

На рабочих станциях работают операционные системы, которые используют ресурсы выделенных серверов и в то же время – по мере необходимости – предоставляют в совместное использование свои ресурсы.

2. Локальная вычислительная сеть (LAN). Характеристики и основные технологии передачи данных.

Локальная вычислительная сеть (англ. LAN – Lokal Area Network) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратнопрограммным реализациям, в которых несколько компьютерных систем связаны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций и работают под управлением сетевой операционной системы и сетевого программного обеспечения.

Основные характеристики ЛВС:

•топология сети;

•вид физической среды передачи данных (Физическая среда передачи данных может представлять собой набор проводников, по которым передаются сигналы. В качестве среды также используется земная атмосфера или космическое пространство, через которое распространяются информационные сигналы. В первом случае говорят о проводной среде, а во втором — о беспроводной.);

•максимальная скорость передачи данных;

•метод доступа абонентов в сеть (Технологии доступа к передающей среде ЛКС

•Ethernet - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов

(IEEE802.3);

•Token Ring - маркерное кольцо (IEEE802.5);

•Arcnet - компьютерная сеть соединенных ресурсов (IEEE802.4);

•FDDI - оптоволоконный интерфейс распределенных данных (IEEE802.8));

•возможность передачи речи и видеосигналов.

технологии передачи данных: Fast Ethernet, IEEE 1394/ USB, Fiber Channel и FDDI относят к технологиям локальных сетей.

Основные характеристики LAN:

1)топология сети;

2)вид физической среды передачи данных;

3)максимальная скорость передачи данных;

4)метод доступа абонентов в сеть;

5)возможность передачи речи и видеосигналов;

3. Топология вычислительной сети. Виды топологий.

Топология – это описание физических соединений в сети, указывающее, какие рабочие станции могут связываться между собой.

Все сети строятся на основе трех базовых топологий:

-Шина(bus)

-Звезда(star)

-Кольцо(ring)

При выборе оптимальной топологии преследуются три основных цели:

-обеспечение альтернативной маршрутизации и максимальной надежности передачи данных;

-выбор оптимального маршрута передачи блоков данных;

-предоставление приемлемого времени ответа и нужной пропускной способности.

Шина

Все кабели подключены к одному кабелю (шине)

-простой и дешевый способ подключения

-при неисправности любого компьютера сеть работает

-при разрыве шины сеть перестает работать

-данные передаются по очереди (разделяемая среда – вероятность коллизий)

-низкий уровень безопасности

Звезда

Каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, (концентратору или серверу), который является логическим центром сети.

Звездообразная топология обеспечивает защиту от разрыва кабеля. Если кабель рабочей станции будет поврежден, это не приведет к выходу из строя всего сегмента сети. Она позволяет также легко диагностировать проблемы подключения, так как каждая рабочая станция имеет свой собственный кабельный сегмент, подключенный к концентратору. Для диагностики достаточно найти разрыв кабеля, который ведет к неработающей станции. Остальная часть сети продолжает нормально работать.

Однако звездообразная топология имеет и недостатки. Во-первых, она требует много кабеля. Во-вторых, концентраторы довольно дороги. В-третьих, кабельные концентраторы при большом количестве кабеля трудно обслуживать. Однако в большинстве случаев в такой топологии используется недорогой кабель типа витая пара.

Кольцо

В такой сети данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому в одном направлении. Доступ к линии связи осуществляется путем передачи от узла к узлу логических знаков – «маркеров», давая им возможность переслать пакет данных.

Достоинства кольцевой топологии:

●простота установки

●практически полное отсутствие дополнительного оборудования

●возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети

Однако “кольцо” имеет и недостатки:

●каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, в случае выхода из строя хотя бы одной из них или обрыва кабеля - работа всей сети останавливается

●подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, поскольку во время установки нового ПК кольцо должно быть разомкнуто

●сложность конфигурирования и настройки

●сложность поиска неисправностей

4.Технология Ethernet. Коммутируемые сети Ethernet

Ethernet - это традиционная технология, используемая для подключения устройств в проводной локальной сети (LAN) или глобальной сети (WAN), позволяющая им обмениваться данными друг с другом через протокол (ЗАРАНЕЕ ОГОВОРЕННЫЙ НАБОР ПРАВИЛ И СТАНДАРТОВ ДЛЯ СВЯЗИ МЕЖДУ УСТРОЙСТВАМИ).

Ethernet описывает, как сетевые устройства форматируют и передают данные, чтобы другие устройства в той же локальной сети или сегменте сети могли идентифицировать, получать и обрабатывать информацию. Кабель Ethernet - это физическая замкнутая проводка, по которой проходят данные.

Ethernet - технология организации пакетных сетей.

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат пакетов и протоколы управления доступом к среде - на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring.

Классификация типов Ethernet базируется на основе скорости передачи и среды передачи. Стек сетевого протокола и пользовательские приложения работают фактически идентично во всех вариантах технологии Ethernet.

На данный момент на ряду с первоначально используемой медной средой передачи все чаще и шире используется оптоволоконный кабель. Использование этой среды позволяет существенно увеличить скорость и дальность передачи данных.

Современные коммутаторы Ethernet являются наследниками мостов локальных сетей, которые широко использовались в сетях Ethernet и Token Ring на разделяемой среде. Более того, коммутаторы Ethernet по-прежнему функционально очень близки к вышедшим из употребления мостам, так как базовый алгоритм работы коммутатора и моста является одним и тем же алгоритмом и определяется одним и тем же стандартом IEEE 802.1D. По традиции во всех новых стандартах IEEE, описывающих свойства коммутаторов, употребляется термин «коммутатор», а не «мост». Основное отличие коммутатора от моста состоит в большем количестве портов и более высокой производительности.

Коммутаторы являются сегодня основным типом коммуникационных устройств, применяемых для построения локальных сетей. Коммутаторы отличаются внутренней архитектурой и конструктивным исполнением.

Коммутируемый Ethernet

На сегодняшний день это наиболее оптимальная альтернатива, которая полностью исключает возможность появления коллизий (наложение двух и более кадров от станций, пытающихся передать кадр в один и тот же момент времени в среде передачи коллективного доступа) и связанных с ними проблем.

Суть коммутируемого Ethernet в том, что вместо хаба используется свич (коммутатор) – устройство, которое работает на канальном уровне и обладает полносвязной топологией, что обеспечивает соединение всех портов друг с другом напрямую по технологии точка-точка.

Таблицы коммутации есть в каждом таком устройстве. Они описывают, какие компьютеры к какому порту свича подключены. Чтобы узнать MAC-адреса, используется алгоритм обратного обучения, а для передачи данных – алгоритм прозрачного моста.

Алгоритм обратного обучения работает таким образом: коммутатор принимает кадры, анализирует заголовок и извлекает из него адрес отправителя. Таким образом, к определенному порту подключен компьютер с конкретным MAC-адресом.

Прозрачный мост не требует настройки и так назван за счет того, что он не заметен для сетевых устройств (у него нет своего MAC-адреса). Коммутатор принимает кадр, анализирует заголовок, извлекает из него адрес получателя и сопоставляет его с таблицей коммутации, определяя порт, к которому подключено устройство. Таким образом, кадр передается на конкретный порт получателя, а не на все порты, как в случае с концентратором. Если же адрес не найден в таблице, коммутатор работает так же, как и хаб.

5. Виртуальная локальная сеть (VLAN). Назначение.

Виртуальной локальной сетью (Virtual Local Area Network, VLAN) называется группа узлов сети, трафик которой, в том числе широковещательный, на канальном уровне полностью изолирован от трафика других узлов сети.

Это означает, что передача кадров между разными виртуальными сетями на основании адреса канального уровня невозможна независимо от типа адреса (уникального, группового или широковещательного). В то же время внутри виртуальной сети кадры передаются по технологии коммутации, то есть только на тот порт, который связан с адресом назначения кадра.

Технология виртуальных сетей позволяет создавать полностью изолированные сегменты сети путем логического конфигурирования коммутаторов, не прибегая к изменению физической структуры. VLAN может быть реализована отдельным маршрутизатором или в составе программного обеспечения коммутатора 3-го уровня.

Назначение технологии виртуальных сетей состоит в облегчении процесса создания изолированных сетей, которые затем должны связываться с помощью маршрутизаторов, реализующих какой-либо протокол сетевого уровня, например IP. Такое построение сети создает гораздо более мощные барьеры на пути ошибочного трафика из одной сети в другую. Сегодня считается, что любая крупная сеть должна включать маршрутизаторы, иначе потоки ошибочных кадров, например широковещательных, будут периодически затапливать всю сеть через прозрачные для них коммутаторы, приводя ее в неработоспособное состояние.

Технология виртуальных сетей создает гибкую основу для построения крупной сети, соединенной маршрутизаторами, так как коммутаторы позволяют создавать полностью изолированные сегменты программным путем, не прибегая к физической коммутации.

До появления технологии VLAN для создания отдельной сети использовались либо физически изолированные сегменты коаксиального кабеля, либо несвязанные между собой сегменты, построенные на повторителях и мостах. Затем эти сети связывались маршрутизаторами в единую составную сеть (рис).

6. Глобальные вычислительные сети (WAN). Характеристики и основные технологии передачи данных.

WAN (Wide Area Network) — глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример WAN — сети с коммутацией пакетов (Frame relay), через которую могут «разговаривать» между собой различные компьютерные сети. Глобальные сети являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей.

Глобальные сети (Wide Area Network, WAN) – это сети, объединяющие территориально рассредоточенные компьютеры, возможно, находящиеся в различных городах и странах.

Передача данных в глобальных вычислительных сетях осуществляется с помощью технологий первичных (опорных) сетей связи. В первичных сетях

применяется техника коммутации каналов. На основе каналов, образованных первичными сетями, работают наложенные компьютерные или телефонные

Интернет через региональных провайдеров. Региональный провайдер, подключается к более крупному провайдеру национального масштаба, имеющего узлы в различных городах страны.

Сети национальных провайдеров объединяются в сети транснациональных провайдеров или провайдеров первого уровня. Объединенные сети провайдеров первого уровня составляют глобальную сеть Internet.

Internet – всемирная информационная компьютерная сеть, представляющая собой объединение множества региональных компьютерных сетей и компьютеров, обменивающих друг с другом информацией по каналам общественных телекоммуникаций (выделенным телефонным аналоговым и цифровым линиям, оптическим каналам связи и радиоканалам, в том числе спутниковым линиям связи).

Информация в Internet хранится на серверах. Серверы имеют свои адреса и управляются специализированными программами. Они позволяют пересылать почту и файлы, производить поиск в базах данных и выполнять другие задачи.

Главное отличие сети Internet от других сетей заключается именно в ее протоколах TCP/IP (работа основана на них), охватывающих целое семейство протоколов взаимодействия между компьютерами сети. TCP/IP — это технология межсетевого взаимодействия, технология Internet. Поэтому глобальная сеть, объединяющая множество сетей с технологией TCP/IP, называется Internet.

Каждый компьютер в Internet имеет уникальный адрес, называемый IP-

адрес. Любой IP-адрес состоит из двух частей: адреса сети (идентификатора сети, Network ID) и адреса хоста (идентификатора хоста, Host ID) в этой сети.

Благодаря такой структуре IP-адреса компьютеров в разных сетях могут иметь одинаковые номера.

Кроме IP-адресов, для идентификации конкретных хостов в Сети используется так называемое доменное имя хоста. Так же, как и IP-адрес, это имя является уникальным для каждого компьютера (хоста), подключенного к Internet, — только здесь вместо цифровых значений адреса применяются слова.

В данном случае понятие домена означает совокупность хостов Internet, объединенных по какому-то признаку (например, по территориальному, когда речь идет о домене государства).

Разумеется, использование доменного имени хоста было введено только для того, чтобы облегчить пользователям задачу запоминания имен нужных им компьютеров. Сами компьютеры, по понятным причинам, в таком сервисе не нуждаются и вполне обходятся IP-адресами.

8.Принципы адресации в компьютерных сетях.

Кадресу узла сети и к схеме его назначения предъявляется несколько требований:

1) адрес, должен уникально идентифицировать компьютер в сети любого масштаба; 2) схема назначения адресов, должна сводить к минимуму ручной труд администратора и вероятность регулирования адресов; 3) адрес должен иметь иерархическую структуру, удобную для построения больших сетей;

4) адрес должен быть удобен для пользователя сети и иметь символьное представление; 5) адрес должен иметь компактное представление, чтобы не перегружать память

коммуникационной аппаратуры, сетевых адаптеров.

Наибольшее распространение получили три варианта адресации:

- аппаратные адреса предназначены для сетей небольшого размера, поэтому они имеют простую неиерархическую структуру. Адреса могут быть закоди­рованы в двоичной или в шестнадцатеричной системах счисления. Разряд­ность адреса может быть любой — это внутреннее дело конкретной сети или подсети. Присвоение аппаратных адресов происходит автоматически: либо они встраиваются в аппаратуру (модемы, адаптеры и т. д.), либо генерируют­ся при каждом новом запуске оборудования;