Лекция
Game: Perform tasks and rest cool.8 people play!
Play gameПривет, мой друг, тебе интересно узнать все про компьютерная сеть, тогда с вдохновением прочти до конца. Для того чтобы лучше понимать что такое компьютерная сеть, сетевые устройства, коммутатор, роутер, свитч, составные сети , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Компьютерные сети.
компьютерная сеть (вычислительная сеть) — система, обеспечивающая обмен данными между вычислительными устройствами — компьютерами, серверами, маршрутизаторами и другим оборудованием или программным обеспечением. Для передачи информации могут быть использованы различные среды. Помимо совокупности физических устройств и физических средств передачи данных, вычислительная сеть может быть оверлейной или виртуальной, т.е. логически самостоятельной выделенной сетью использующей ресурсы другой физической сети - вычислительной (например Интернет), телефонной сети (в т.ч. ТФОП) и/или среды передачи данных.
Начнем мы разговор с простых критериев, которые характеризуют компьютерную сеть, этими критериями можно пользоваться для сравнения компьютерных сетей разных типов и, основываясь на результатах этого сравнения, выбирать то или иное решение:
Итак, мы выделили лишь основные характеристики компьютерной сети и дали их краткую характеристику, теперь давайте разберемся кто и как оценивает качество работы сети. И тут у нас опять дуализм: оценка может быть субъективной и основанной на личных ощущениях пользователя, а может быть более-менее объективной и основанной на определенных качественных и количественных характеристиках, которые можно измерить.
децентрализована ли сеть, и что именно делает ее таковой? Сетевая «разумность» — характеристика, которая отделяет централизованные сети от децентрализованных но удивительным и парадоксальным способом.
Некоторые сети можно считать «умными». Они предлагают сложные услуги, доставляемые очень простым устройствам конечного пользователя на «краю» сети. Другие сети — «глупые» — они лишь предлагают основной сервис, поставляемый устройству пользователя, которое, наоборот, должно быть «умным». Глупые сети умны тем, что они толкают инновацию на «край» (периферию) сети, предоставив пользователю контроль над скоростью и направлением инновации. Простота в «центре» сети позволяет развиться сложности на ее окраине, что способствует широкой децентрализации многих услуг.
Game: Perform tasks and rest cool.8 people play!
Play gameTCP/IP действует в роли эффективного конвейера, по которому данные двигаются от одной точки к другой. В течение долгого времени у него были некоторые незначительные корректировки, призванные предложить некоторые сервисы из категории “качества обслуживания”, но кроме этого, он так и остается по большей части «глупым» конвейером для данных. Почти весь «интеллект» находится на «краях»: все сервисы, все приложения создаются на «крайних» устройствах. Создавая новое приложение, не нужно менять всю сеть. Веб, звук, видео, социальные медиа — все создавались в виде приложений на краях сети, которые не требовали от протокола TCP/IP модификаций.
Впервые в мире вычислительная сеть была применена в советском комплексе ПРО «Система А» (генеральный конструктор Г. В. Кисунько), возведенном в 1956—1960 годах в Казахстане, однако предложена раньше — например, в 1949 году для Semi-Automatic Ground Environment (реализована в конце 1950-х). В сеть были объединены разработанные Институтом точной механики и вычислительной техники АН СССР компьютеры «Диана I» и «Диана II» (создатели С. А. Лебедев, В. С. Бурцев) .
Game: Perform tasks and rest cool.8 people play!
Play gameГлобальная компьютерная сеть (англ. Wide Area Network, WAN) — компьютерная сеть, охватывающая большие территории и включающая в себя большое число компьютеров.
ГКС служат для объединения разрозненных сетей так, чтобы пользователи и компьютеры, где бы они ни находились, могли взаимодействовать со всеми остальными участниками глобальной сети.
Некоторые ГКС построены исключительно для частных организаций, другие являются средством коммуникации корпоративных ЛВС с сетью Интернет или посредством Интернет с удаленными сетями, входящими в состав корпоративных. Чаще всего ГКС опирается на выделенные линии, на одном конце которых маршрутизатор подключается к ЛВС, а на другом коммутатор связывается с остальными частями ГКС. Основными используемыми протоколами являются TCP/IP, SONET/SDH, MPLS, ATM и Frame relay. Ранее был широко распространен протокол X.25, который может по праву считаться прародителем Frame relay.
ГКС связывает компьютеры, рассредоточенные на расстоянии сотен и тысяч километров. Часто используются уже существующие не очень качественные линии связи. Более низкие, чем в локальных сетях, скорости передачи данных (десятки килобит в секунду) ограничивают набор услуг передачей файлов, преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме, с использованием электронной почты. Для стойкой передачи дискретных данных применяются более сложные методы и оборудование, чем в локальных сетях.
Глобальные сети отличаются от локальных тем, что рассчитаны на неограниченное число абонентов и используют, как правило, не слишком качественные каналы связи и сравнительно низкую скорость передачи, а механизм управления обменом у них в принципе не может быть гарантированно скорым.
В глобальных сетях намного более важно не качество связи, а сам факт ее существования. Правда, в настоящий момент уже нельзя провести четкий и однозначный предел между локальными и глобальными сетями. Большинство локальных сетей имеют выход в глобальную сеть, но характер переданной информации, принципы организации обмена, режимы доступа к ресурсам внутри локальной сети, как правило, сильно отличаются от тех, что приняты в глобальной сети. И, хотя все компьютеры локальной сети в данном случае включены также и в глобальную сеть, специфику локальной сети это не отменяет. Возможность выхода в глобальную сеть остается всего лишь одним из ресурсов, поделенным пользователями локальной сети.
Сетевой уровень в первую очередь должен предоставлять средства для решения следующих задач:
Game: Perform tasks and rest cool.8 people play!
Play gameРис Типовые сетевые устройства локальных компьютерных сетей
Концентраторы (или хабы) - это самый простой способ соединения двух или более компьютеров, серверов и периферийных устройств в единую сеть. Концентратор получает сигналы от каждой машины через проводные соединения, а затем передает их всем другим подключенным машинам. Таким образом, если компьютер A отправляет сигнал, компьютеры B, C и D все получат его, даже если сигнал предназначался только для компьютера D.
Game: Perform tasks and rest cool.8 people play!
Play gameКаждое сообщение, отправленное компьютером или периферийным устройством, будет содержать информацию о том, с какого компьютера оно поступило и для чего оно предназначено, и коммутатор гарантирует, что сообщение попадет в правильный пункт назначения в локальной сети. Если компьютер A отправит сообщение на компьютер D, коммутатор убедится, что компьютеры B и C его не получают.
Когда нам необходимо организовать взаимодействие между двумя подсетями, но сделать этого мы не может, так как L2 коммутатор не способен оперировать IP-адресами, он работает с кадрами и мак-адресами. А вот маршрутизатор уже умеет обрабатывать IP-адреса, и он как раз и используется для того, чтобы объединить две подсети в одну сеть.
Маршрутизатор (проф. жарг. ру́тер, ра́утер (от англ. router /ˈɹu:tə(ɹ)/ или /ˈɹaʊtəɹ/ , /ˈɹaʊtɚ/) или ро́утер (транслитерация английского слова)) — специализированное устройство, которое пересылает пакеты между различными сегментами сети на основе правил и таблиц маршрутизации . Маршрутизатор может связывать разнородные сети различных архитектур. Для принятия решений о пересылке пакетов используется информация о топологии сети и определенные правила, заданные администратором.
Рис. Бытовой маршрутизатор с функцией WIFI
Рис. Маршрутизатор, использующийся на магистральных каналах
Game: Perform tasks and rest cool.8 people play!
Play gameПредставьте себе большую компанию, которая имеет разные компьютерные сети для каждого отдела. Если компьютер A в бухгалтерии хочет отправить сообщение компьютеру B в отделе кадров, сообщение может пройти через маршрутизатор, подключенный к сетям учета и кадров.
Если нет прямой связи между сетями учета и управления персоналом, то маршрутизатор, подключенный к сети учета, отправит сообщение второму маршрутизатору, который, в свою очередь, может отправить его третьему маршрутизатору и т. Д., Чтобы получить сообщение. чтобы добраться до сети людских ресурсов.
Маршрутизатор, подключенный к сети учета, знает, как добраться до сети управления персоналом, просматривая его таблицу маршрутизации, список доступных маршрутов, которые можно использовать для доступа к конкретным сетям.
Из-за этой интеллектуальной маршрутизации и необходимости обновления и передачи информации о маршрутизации маршрутизаторы на самом деле являются небольшими компьютерами с собственными операционными системами.
Они постоянно связываются с другими маршрутизаторами, обмениваясь между собой информацией о маршрутах трафика и состоянии сети, даже когда они обрабатывают сетевой трафик между серверами и компьютерами конечных пользователей.
Game: Perform tasks and rest cool.8 people play!
Play gameРисунок 1. Объединяем две подсети при помощи роутера
Помимо роутера мы добавили еще и коммутатор, зачем это нужно? Элементарно, так дешевле (ранее мы уже говорили, что стоимость — это одна из основных характеристик компьютерной сети
Трафик в сети складывается случайным образом, однако в нем отражены и некоторые закономерности. Как правило, некоторые пользователи, работающие над общей задачей, (например, сотрудники одного отдела) чаще всего обращаются с запросами либо друг к другу, либо к общему серверу, и только иногда они испытывают необходимость доступа к ресурсам компьютеров другого отдела. Желательно, чтобы структура сети соответствовала структуре информационных потоков. В зависимости от сетевого трафика компьютеры в сети могут быть разделены на группы (сегменты сети). Компьютеры объединяются в группу, если большая часть порождаемых ими сообщений, адресована компьютерам этой же группы.
Для разделения сети на сегменты используются мосты и коммутаторы. Они экранируют локальный трафик внутри сегмента, не передавая за его пределы никаких кадров, кроме тех, которые адресованы компьютерам, находящимся в других сегментах. Тем самым, сеть распадается на отдельные подсети. Это позволяет более рационально выбирать пропускную способность имеющихся линий связи, учитывая интенсивность трафика внутри каждой группы, а также активность обмена данными между группами.
Однако локализация трафика средствами мостов и коммутаторов имеет существенные ограничения.
С одной стороны, логические сегменты сети, расположенные между мостами, недостаточно изолированы друг от друга, а именно, они не защищены от, так называемых, широковещательных штормов. Если какая-либо станция посылает широковещательное сообщение, то это сообщение передается всем станциям всех логических сегментов сети. Защита от широковещательных штормов в сетях, построенных на основе мостов, имеет количественный, а не качественный характер: администратор просто ограничивает количество широковещательных пакетов, которое разрешается генерировать некоторому узлу.
С другой стороны, использование механизма виртуальных сегментов, реализованного в коммутаторах локальных сетей, приводит к полной локализации трафика - такие сегменты полностью изолированы друг от друга, даже в отношении широковещательных кадров. Поэтому в сетях, построенных только на мостах и коммутаторах, компьютеры, принадлежащие разным виртуальным сегментам, не образуют единой сети.
Приведенные недостатки мостов и коммутаторов связаны с тем, что они работают по протоколам канального уровня, в которых в явном виде не определяется понятие части сети (или подсети, или сегмента), которое можно было бы использовать при структуризации большой сети. Вместо того, чтобы усовершенствовать канальный уровень, разработчики сетевых технологий решили поручить задачу построения составной сети новому уровню - сетевому.
Game: Perform tasks and rest cool.8 people play!
Play gameСовременные вычислительные сети часто строятся с использованием нескольких различных базовых технологий - Ethernet, Token Ring или FDDI. Такая неоднородность возникает либо при объединении уже существовавших ранее сетей, использующих в своих транспортных подсистемах различные протоколы канального уровня, либо при переходе к новым технологиям, таким, как Fast Ethernet или 100VG-AnyLAN.
Именно для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с различными принципами передачи информации между конечными узлами, и служит сетевой уровень. Когда две или более сетей организуют совместную транспортную службу, то такой режим взаимодействия обычно называют межсетевым взаимодействием (internetworking). Для обозначения составной сети в англоязычной литературе часто также используется термин интерсеть (internetwork или internet).
Создание сложной структурированной сети, интегрирующей различные базовые технологии, может осуществляться и средствами канального уровня: для этого могут быть использованы некоторые типы мостов и коммутаторов. Однако возможностью трансляции протоколов канального уровня обладают далеко не все типы мостов и коммутаторов, к тому же возможности эти ограничены. В частности, в объединяемых сетях должны совпадать максимальные размеры полей данных в кадрах, так как канальные протоколы, как правило, не поддерживают функции фрагментации пакетов.
Game: Perform tasks and rest cool.8 people play!
Play gameЕсли собрать компьютер с двумя сетевыми картами и подключить его к двум разным сетям, то он увидит все удаленные системы, а другие участники сетей увидят в сетевом окружение роутер, но не более того. Чтобы компьютеры разных сегментов видели друг друга, необходимо создать подключение типа сетевой мост.
Для того, чтобы создать сетевой мост в ОС Windows зайдите в Пуск -> Настройка -> Панель Управления -> Сетевые подключения.
Выберите сетевые подключения, которые нужно объединить мостом, и нажмите на них правой кнопкой мыши. Далее выбирайте в контекстном меню «Подключение типа мост».
Сетевой мост не будет функционировать, если хотя бы у одного из соединений, будет активирована служба «Автоматического назначения IP-адресов». Необходимо, чтобы IP адреса разных сегментов сети не пересекались. Мост должен быть только один, но при этом он может включать в себя неограниченное количество сетевых интерфейсов. До тех пор, пока существует сетевой мост, изменение каких либо параметров сети невозможно.
Как правило, сетевой мост применяется для незатратного и быстрого объединения сегментов локальных сетей. Зачастую сеть состоит из нескольких сегментов ЛВС. Раньше до появления операционных систем Windows XP, Windows Server 2003, Standard Edition и Windows Server 2003, для создания сети, содержащей несколько сегментов ЛВС, использовалось два способа: IP-маршрутизация и мостовое оборудование. Для IP-маршрутизации необхода покупка аппаратных маршрутизаторов или настройка компьютеров и назначение IP-адресов для каждого компьютера на каждом сегменте сети, а также настройка каждого сегмента сети как отдельной подсети. Мостовое оборудование не требует такой сложной настройки, но в этом случае понадобится дополнительное оборудование для мостов. При использовании различных типов сетевых носителей необходимо будет создать отдельную подсеть для каждого типа носителя.
В большинстве применений коммутатор (он же свитч) и мост схожи по функциональности. Отличие кроется во внутреннем устройстве: мосты контролируют трафик, используя центральный процессор, коммутатор же применяет коммутационную матрицу (аппаратную схему для коммутации пакетов). В настоящее время мосты практически не используются (так как для работы требуют производительный процессор), за исключением случаем, когда связываются сегменты сети с разной организацией первого уровня, например, между xDSL-соединениями, оптикой, Ethernet’ом.
Среди протоколов канального уровня некоторые обеспечивают доставку данных в сетях с произвольной топологией, но только между парой соседних узлов (например, протокол PPP), а некоторые - между любыми узлами (например, Ethernet), но при этом сеть должна иметь топологию определенного и весьма простого типа, например, древовидную.
Game: Perform tasks and rest cool.8 people play!
Play gameСетевой уровень позволяет передавать данные между любыми, произвольно связанными узлами сети.
Реализация протокола сетевого уровня подразумевает наличие в сети специального устройства - маршрутизатора. Маршрутизаторы объединяют отдельные сети в общую составную сеть (рисунок 1.1). Внутренняя структура каждой сети не показана, так как она не имеет значения при рассмотрении сетевого протокола. К каждому маршрутизатору могут быть присоединены несколько сетей (по крайней мере две).
В сложных составных сетях почти всегда существует несколько альтернативных маршрутов для передачи пакетов между двумя конечными узлами. Задачу выбора маршрутов из нескольких возможных решают маршрутизаторы, а также конечные узлы.
Маршрут - это последовательность маршрутизаторов, которые должен пройти пакет от отправителя до пункта назначения.
Маршрутизатор выбирает маршрут на основании своего представления о текущей конфигурации сети и соответствующего критерия выбора маршрута. Обычно в качестве критерия выступает время прохождения маршрута, которое в локальных сетях совпадает с длиной маршрута, измеряемой в количестве пройденных узлов маршрутизации (в глобальных сетях принимается в расчет и время передачи пакета по каждой линии связи).
Рис. 1.1. Архитектура составной сети
В модели OSI, называемой также моделью взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection - OSI) и разработанной Международной Организацией по Стандартам (International Organization for Standardization - ISO), средства сетевого взаимодействия делятся на семь уровней, для которых определены стандартные названия и функции.
Сетевой уровень занимает в модели OSI промежуточное положение: к его услугам обращаются протоколы прикладного уровня, сеансового уровня и уровня представления. Для выполнения своих функций сетевой уровень вызывает функции канального уровня, который в свою очередь обращается к средствам физического уровня.
Рассмотрим коротко основные функции уровней модели OSI.
Физический уровень выполняет передачу битов по физическим каналам, таким, как коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель. На этом уровне определяются характеристики физических сред передачи данных и параметров электрических сигналов.
Канальный уровень обеспечивает передачу кадра данных между любыми узлами в сетях с типовой топологией либо между двумя соседними узлами в сетях с произвольной топологией. В протоколах канального уровня заложена определенная структура связей между компьютерами и способы их адресации. Адреса, используемые на канальном уровне в локальных сетях, часто называют МАС-адресами.
Сетевой уровень обеспечивает доставку данных между любыми двумя узлами в сети с произвольной топологией, при этом он не берет на себя никаких обязательств по надежности передачи данных.
Транспортный уровень обеспечивает передачу данных между любыми узлами сети с требуемым уровнем надежности. Для этого на транспортном уровне имеются средства установления соединения, нумерации, буферизации и упорядочивания пакетов.
Game: Perform tasks and rest cool.8 people play!
Play gameУровень представления. В отличии от нижележащих уровней, которые имеют дело с надежной и эффективной передачей битов от отправителя к получателю, уровень представления имеет дело с внешним представлением данных. На этом уровне могут выполняться различные виды преобразования данных, такие как компрессия и декомпрессия, шифровка и дешифровка данных.
Прикладной уровень - это в сущности набор разнообразных сетевых сервисов, предоставляемых конечным пользователям и приложениям. Примерами таких сервисов являются, например, электронная почта, передача файлов, подключение удаленных терминалов к компьютеру по сети.
Game: Perform tasks and rest cool.8 people play!
Play gameПротоколы канального уровня не позволяют строить сети с развитой структурой, например, сети, объединяющие несколько сетей предприятия в единую сеть, или высоконадежные сети, в которых существуют избыточные связи между узлами. Для того, чтобы, с одной стороны, сохранить простоту процедур передачи пакетов для типовых топологий, а с другой стороны, допустить использование произвольных топологий, вводится дополнительный сетевой уровень.
Прежде, чем приступить к рассмотрению функций сетевого уровня , уточним, что понимается под термином "сеть". В протоколах сетевого уровня термин "сеть" означает совокупность компьютеров, соединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для передачи пакетов общую базовую сетевую технологию. Внутри сети сегменты не разделяются маршрутизаторами, иначе это была бы не одна сеть, а несколько сетей. Маршрутизатор соединят несколько сетей в интерсеть.
Основная идея введения сетевого уровня состоит в том, чтобы оставить технологии, используемые в объединяемых сетях в неизменном в виде, но добавить в кадры канального уровня дополнительную информацию - заголовок сетевого уровня, на основании которой можно было бы находить адресата в сети с любой базовой технологией. Заголовок пакета сетевого уровня имеет унифицированный формат, не зависящий от форматов кадров канального уровня тех сетей, которые могут входить в объединенную сеть.
Заголовок сетевого уровня должен содержать адрес назначения и другую информацию, необходимую для успешного перехода пакета из сети одного типа в сеть другого типа. К такой информации может относиться, например:
В качестве адресов отправителя и получателя в составной сети используется не МАС-адрес, а пара чисел - номер сети и номер компьютера в данной сети. В канальных протоколах поле "номер сети" обычно отсутствует - предполагается, что все узлы принадлежат одной сети. Явная нумерация сетей позволяет протоколам сетевого уровня составлять точную карту межсетевых связей и выбирать рациональные маршруты при любой их топологии, используя альтернативные маршруты, если они имеются, что не умеют делать мосты.
Таким образом, внутри сети доставка сообщений регулируется канальным уровнем. А вот доставкой пакетов между сетями занимается сетевой уровень.
Существует два подхода к назначению номера узла в заголовке сетевого пакета. Первый основан на использовании для каждого узла нового адреса, отличного от того, который использовался на канальном уровне. Преимуществом такого подхода является его универсальность и гибкость - каков бы ни был формат адреса на канальном уровне, формат адреса узла на сетевом уровне выбирается единым. Однако, здесь имеются и некоторые неудобства, связанные с необходимостью заново нумеровать узлы, причем чаще всего вручную.
Game: Perform tasks and rest cool.8 people play!
Play gameДля того, чтобы иметь информацию о текущей конфигурации сети, маршрутизаторы обмениваются маршрутной информацией между собой по специальному протоколу. Протоколы этого типа называются протоколами обмена маршрутной информацией (или протоколами маршрутизации). Протоколы обмена маршрутной информацией следует отличать от, собственно, протоколов сетевого уровня. В то время как первые несут чисто служебную информацию, вторые предназначены для передачи пользовательских данных, также, как это делают протоколы канального уровня.
Game: Perform tasks and rest cool.8 people play!
Play gameС помощью протоколов обмена маршрутной информацией маршрутизаторы составляют карту межсетевых связей той или иной степени подробности и принимают решение о том, какому следующему маршрутизатору нужно передать пакет для образования рационального пути.
На сетевом уровне работают протоколы еще одного типа, которые отвечают за отображение адреса узла, используемого на сетевом уровне, в локальный адрес сети. Такие протоколы часто называют протоколами разрешения адресов - Address Resolution Protocol, ARP. Иногда их относят не к сетевому уровню, а к канальному, хотя тонкости классификации не изменяют их сути.
Существуют варианты классификации разных вычислительных сетей по назначению и характеристикам.
Game: Perform tasks and rest cool.8 people play!
Play gameGame: Perform tasks and rest cool.8 people play!
Play gameПримеры самостоятельных логических вычислительных сетей, использующих другие физические сети и среды передачи данных:
При реализации компьютерной сети могут использоваться различные наборы протоколов, некоторые из них:
Game: Perform tasks and rest cool.8 people play!
Play gameGame: Perform tasks and rest cool.8 people play!
Play gameGame: Perform tasks and rest cool.8 people play!
Play gameGame: Perform tasks and rest cool.8 people play!
Play gameПонравилась статья про компьютерная сеть? Откомментируйте её Надеюсь, что теперь ты понял что такое компьютерная сеть, сетевые устройства, коммутатор, роутер, свитч, составные сети и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Компьютерные сети
Комментарии
Оставить комментарий
Компьютерные сети
Термины: Компьютерные сети