Глава 2. Сети в повседневной жизни.

Хосты (узлы) – некое устройство, которое запрашивает или выдает данные (ноутбук, сервер)

Общие периферийные устройства – принтер

Сетевая среда передачи данных – то, по чему физически передаются данные (провода, радиоволны, оптоволокно)

Сетевые устройства – всевозможные коммутаторы, маршрутизаторы, которые соединят между собой разные штуки, например, компьютер с сервером и т.д.

Для того, чтобы какой-то хост (узел) мог подключиться и работать в сети, ему нужно 3 параметра:

Ip-адрес – адрес компьютера в сети. Этот адрес логический, иерархический и уникальный.

Сам по себе Ip-адрес бестолковый и нужен параметр, который будет ограничивать этот адрес.

ПРИМЕР: в метро остановка «Политехнический институт, выход в городской зоопарк» - посещает мысль, что политех и есть зоопарк. Нет ограничения какого-то, чтобы разделить зоопарк и Политех.

Маска подсети – параметр, который ограничивает сеть. Он определяет, к какой сети подключен компьютер. Определяет размер сети. Как пример у нас есть адрес Проспект Победы 37, но непонятно, где он заканчивается и сколько территории с этим адресом, маска нужна для ограничения.

ПРИМЕР: Ip компа 192.168.5.1 – сколько это? Маска скажет сколько это.

Важно еще то, что комп с помощью Ip и маски работает только в этой сети и чтобы выйти с этой сети в другую сеть нужна некая дверь (шлюз).

Основной шлюз – Ip-адрес интерфейса маршрутизатора, с помощью которого мы можем попасть в другую сеть, например, в Интернет.

ПРИМЕР: я хочу попасть в Гандурас. Перед тем, как туда отправится я смотрю по сторонам и задаю себе вопрос «я сейчас в Гандурасе?» Ответ: нет. Следующий вопрос: куда нужно отправиться, чтобы попасть в Гандурас? Ответ: войти в дверь, с помощью которой я попаду в коридор, где есть лифт с другими дверьми, с помощью которых я попаду в подъезд, в подъезде еще двери, с помощью которых я попаду на улицу и т.д. Тут дверь – это шлюз.

В сети то же самое – есть некая дверь (маршрутизатор) через которую можно попасть в другую сеть (в которой тоже есть шлюз)

Шлюз по умолчанию – означает, что обычно я хожу на улицу через дверь. Но могу и через окно. Чтобы дома всегда был интернет, нужно провести домой несколько провайдеров, тогда будет выбор шлюзов «двери», через которую я выйду в сеть.

Эти 3 параметра могут настраиваются вручную (статическая адресация) или автоматически (тогда маршрутизатор сам выдает компу настройки с помощью службы DHCP – dynamic host configuration protocol).

В большой сети обязательно должен быть проект сети, чтобы понимать, что к чему относится.

Проект состоит из 2х частей:

Физическая топология – где проходят провода, номер кабеля, его длина, в какую розетку он включается и т.д.

Логическая топология – описывает разбиение на подсети или объединения подсетей

На примере проект сети учебного заведения.

У нас есть 3 аудитории, офис администратора и серверная.

Физическая топология: в аудитории номер два от компа номер два идет кабель номер два который включается в 23 порт коммутатора и т.д.

Логическая топология: студентов мы объединяем со студентами. Для студентов у нас есть отдельная подсеть 192.168.1.0. Вторая подсеть для администрации, где администрация объединена с серверами для того, чтобы выкладывать расписание, методические материалы и т.д. 192.168.2.0.

Если внимательно посмотреть на логическую топологию, то заметим, что у нас есть 3 сети, третья – сеть Интернет.

Между 3 сетями у нас стоит маршрутизатор, причем с кирпичиками, т.е. функциями межсетевого экрана.

Для безопасности и управляемости (чтобы все хорошо работало) нужно настроить маршрутизатор (межсетевой экран).

Трафик может быть разным:

Студенты выходят в Интернет (трафик от 1 сети к 3).

Студенты качают что-то с инета (трафик из 3 сети в 1).

Студенты могут смотреть расписание (трафик из 1 во 2 и из 2 в 1).

И т.д.

Всего в данном примере 6 направлений трафика.

Все направления трафика нужно детально описывать. После в межсетевом экране (брэндмауере) можно что-то разрешить или запретить.

Витую пару нужно уметь правильно обжимать. Концы обжимаются по 2м стандартам – Т568А и Т568В. Обжимать согласно этим стандартам нужно, поскольку каждая витая пара имеет определенное количество скруток на сантиметр, что приводит к разному волновому сопротивлению в каждой паре и как результат может работать неправильно.

Почему 2 стандарта? Между этими 2 стандартами разница небольшая – меняются местами 1 и 3, 2 и 6. Дело в том, что есть разные типы кабелей, которые позволяют соединять однотипные устройства или разнотипные. Если соединяются ОДНОТТПНЫЕ устройства, то кабель называется кроссовер и тогда одна сторона обжата по стандарту А, вторая по В.

Это нужно для того, чтобы в однотипных устройствах выход передатчика попал на вход приемника.

Для РАЗНОТИПНЫХ устройств используют прямой кабель, когда обе стороны обжаты либо по А, либо по В.

Тут было соединение 2х компов кабелем Ethernet + настройка Ip, маски (порта не было, т.к. в интернет не выходили)

Также смотрели, как обжимать кабель

В связи всегда 3 элемента: источник – кто отправляет данные, получатель – кто их получает и среда передачи – через кого данные передаются.

ПРИМЕР на важность протоколов: сила русского языка в том, что можно сказать как угодно – я люблю тебя, я тебя люблю, люблю я тебя и т.д. и вас поймут, но если взять немецкий, то можно сказать только по строгому порядку слов (их либа дих или что-то такое). В информационном мире так же – нужно, чтобы один комп понимал другой комп и существуют правила их общения.

Откуда взялся стек протоколов? Весь процесс коммуникации очень сложный и большой, поэтому было принято решение разделить его на уровни.

Появляются многоуровневые модели и на каждом уровне свои наборы протоколов. Набор протоколов – стек.

ПРИМЕР: красным изображен мой комп, через который я хочу зайти на сайт. Я запускаю клиент (браузер) и пишу название нужного сайта и нажимаю ентер. Мой браузер формирует HTTP запрос GET (на уровне приложения – фиолетовый на картинке). Дальше запрос GET упаковывается в сегмент – дописывается к запросу спереди порт назначения (в HTTP порт назначения 80), порт источника и все вместе называется сегментом (сине-зеленая плашка). После сегмент упаковывается в IP-пакет (спереди записываем IP-адрес источника и IP-адрес назначения). Дальше IP-пакет будет упакован в кадр – спереди дописывается MAC-адрес назначения и источника.

Таким образом при передаче происходит упаковка данных (в последней плашке опечатка – в скобках не TCP а кадр).

При получении происходит обратный процесс – распаковка.

Обмен данными между двумя устройствами похож на работу почты.

Для того, чтобы описать весь процесс передачи данных появляется эталонная модель связи (OSI – The Open Systems Interconnection model).

Модель эталонная – это означает, что по ней работают абсолютно все системы. Но на практике не очень удобно с ней работать, поэтому появилась модель TCP/IP.

Пройдемся по модели на примере: у нас есть компьютер и сервер. Я запускаю браузер и хочу попасть на сервер. Пишу название сайта. На ПРИКЛАДНОМ уровне происходит работа моего клиента (например, гугл хром) – он говорит HTTP GET – дай мне индекс HTML. Этот HTTP запрос опускается ниже на уровень ПРЕДСТАВЛЕНИЯ. На этом уровне происходит кодирование, шифрование, сжатие. Но это не обязательно (например, есть сайты без шифрования). Дальше опускаемся на СЕАНСОВЫЙ уровень. На нем мы контролируем, чтобы мы с сервером говорили на понятном ему языке. Например, в языке общения HTTP всего 3 запроса – GET – скачать, PUT – закачать, POST – отравить что-то небольшое. Таким образом тут мы контролируем чтобы общение с сервером происходило именно с помощью этих 3х команд. Если же сказать, например, PUSH, то сервер скажет «стопэ, я тебя не понимаю», т.е. если у нас будет непонятная команда, то сервер не будет работать. Эти 3 уровня объединяются в 1 в модели TCP/IP. Опускаемся на ТРАНСПОРТНЫЙ уровень – наш HTTP запрос GET режется на сегменты и упаковывается в сегменты – спереди дописывается порт назначения и источника. Мы получаем сегменты. Дальше сегменты опускаются на СЕТЕВОЙ уровень, где все это дело запоковывается в пакет – спереди дописываем IP-адрес источника и назначения. Опускаемся ниже – на КАНАЛЬНОМ уровне пакет упаковывается в кадр – спереди дописывается MAC адрес назначения и источника. Как результат получаем кадр, который опускаем на ФИЗИЧЕСКИЙ уровень – преобразовываем кадр в 0 и 1 и отправляем физические биты по среде передачи к получателю.

На приемной стороне произойдет то же самое, но в обратном порядке.

В модели OSI есть уровни и на каждом из них работает СВОЙ протокол.

Прикладной: тут есть приложение и оно говорит на своем языке. Если у нас есть HTTP то это команды GET, PUT, POST. Если же взять электронную почту (почтовый клиент с почтовым сервером) – тут свой язык общения. Клиент подключается к почтовому серверу и на своем языке общаются. Вывод – приложение не просто программа, а язык общения. Каждое приложение со своим сервером говорит на своем языке.

Представление: тут кодирование, шифрование и сжатие. Оно необязательно. Важно то, что есть разные методы кодирования, сжатия и т.д. и это тоже является протоколами.

Сеансовый: тут происходит контроль сеанса связи. Контролируется, чтобы клиент общался с сервером на понятном серверу языке.

Транспортный: тут появляются порты источника и назначения. Порт – это логический номер приложения. Благодаря этим портам наши устройства (например комп) могут делать очень много соединений. Тут есть свои протоколы, например, TCP – который гарантирует передачу данных (например, при пополнении телефона – нам важно не потерять данные) и UDP – который не гарантирует передачу данных (при просмотре видео – не страшно потерять некоторую часть данных).

Сетевой: тут происходит IP адресация. Каждый комп имеет IP адрес и благодаря ним мы можем отличать одни компы от других. Кроме того, тут происходит маршрутизация – выбор оптимального пути доставки пакетов.

Канальный: отвечает за передачу данных в конкретном канале, т.е. именно с точки зрения канала передачи данных.

Физический: отвечает за физику процесса (чтобы устройства были физически соединены).

Это стандарт, который работает на физическом и канальном уровнях. На картинке показано, что изначально было много стандартов, потом стало меньше и по итогу остался только Ethernet.

Инкапсуляция – упаковка (при передаче).

Пакет данных в блоке «от 46 до 1500» запоковывается в кадр – спереди ставится преамбула, дальше разделитель, потом мак адрес назначения, потом источника, дальше тип/длина – описывают размер нашего пакета и в конце контрольная сумма.

Преамбула и начало ограничителя кадра – эти два поля нужны для синхронизации (чтобы можно было отличить один кадр от другого). Например, когда я получаю письмо и вижу слово здравствуйте, я сразу понимаю, что это начало письма, когда вижу до свидания – конец.

Мак адреса назначения/источника – нужны для адресации. Каждое устройство в сети имеет свой мак адрес и чтобы мы могли физически отличить одно устройство от другого используется мак адресация.

Тип/длина – описывает размер пакета.

Контрольная сумма – цифровой отпечаток. Необходим, чтобы убедиться, что наш кадр никто не повредил. Контрольная сумма высчитывается со всего кадра. При передаче данных мы высчитываем КС и пишем в конец кадра. При получении мы высчитываем КС и сравниваем с тем, что записано в конец кадра. Если совпадает – кадр целый, если нет – выкидываем кадр.

Это похоже на посылку с описью.

Благодаря IP адресации можно организовать глобальную уникальную иерархическую адресацию. Тут и появляется 3 уровень модели OSI – сетевой. На этом уровне происходит адресация. Еще раз – Ip – уникальный адресс компьютера в сети, он логический, иерархический и уникальный.

Важно все это дело связать между собой.

Сетевая часть – например, мы смотри одну трансляцию на ютубе – у нас будет одинаковая сетевая часть.

Адрес хоста – уникальное имя, даже если в одной сети сидим.

В сети (т.к. она иерархическая) существует 3 уровня доступа:

1 уровень – уровень доступа. Обеспечивает подключение узлов к сети. Существует коммутатор и его задача обеспечить доступ в сеть хостов.

2 уровень – уровень распределения. Обеспечивает связь (передачу данных) между локальными сетями.

3 уровень – уровень ядра. Обеспечивает подключение в интернет.

На схеме присутствует резервирование – дублируются маршрутизаторы на уровне распределения и ядра. Нужно для того, чтобы если что-то в этой сети помрет, то чтобы все продолжало работать.

По сути коммутатор – это переключатель. Он переключает порты между собой. То есть если мы адресуемся на тот мак адрес, а тот мак адрес на 5 порту, то мой порт коммутатор соединит с 5 портом и я отправлю туда кадры.

Таблица коммутации – описывает какой мак адрес где находится. В примере хост 1 хочет передать данные 7 хосту. Этот кадр приходит на коммутатор. Коммутатор смотрит мак адрес назначения (в пакете) 206….6666 и смотрит, что он находится на 7 порту. Ну и пересылает (получается канал между 2мя хостами).

Широковещательная рассылка – рассылка с одного компьютера на все компьютеры сети.

Широковещательный домен – часть сети, куда может дойти широковещательная рассылка.