Перед тем как погрузиться в подробное изучение Windows XP Professional, давайте познакомимся с общими концепциями построения сетей и соответствующей терминологией. Знание этих базовых положений пригодится нам при рассмотрении более сложных вопросов. В лекции приведен обзор концепций сетевой работы, включая общие понятия о том, как компьютер обрабатывает данные и как это используется при организации сетевого взаимодействия. Дополнительно рассказывается о семиуровневой
Если вы хорошо разбираетесь в организации сетей, то можете пропустить эту лекцию.
Перед тем как приступить к изучению сетей и их организации, давайте разберемся в технологии работы компьютера. Это важно, поскольку способы обработки информации внутри машины действительны и для сетевых технологий. В этом разделе мы рассмотрим, как компьютеры обмениваются данными.
Для большинства пользователей является загадкой, что же происходит в "том углу", где находится сервер и концентратор. Некоторые настолько запутались в работе своего компьютера, что им нет никакого дела до сервера и до того, что "эти компьютерщики" с ним делают. На самом же деле серверы, как и другое сетевое оборудование, - это просто компьютеры. Основное различие между рабочей станцией, сервером и маршрутизатором состоит в их конфигурации.
У сетевых устройств, в отличие от обычных компьютеров, нет мониторов и дисководов. Так происходит потому, что они выполняют одну-единственную функцию - передают трафик. Им не нужно хранить информацию или выводить ее на дисплей. Сетевые устройства, как и персональные компьютеры, имеют центральный процессор, память и операционную систему.
Для обмена данными компьютеры, образующие сеть, должны передавать друг другу электрические сигналы при помощи различных аппаратных средств (о которых мы поговорим позже). Эти сигналы проходят по лабиринту транзисторов и микросхем внутри компьютера, а затем отправляются по соединительным кабелям к другим сетевым устройствам.
Во время передачи от одного устройства к другому сигнал сначала попадает на сетевую интерфейсную плату (
Примечание. В оптоволоконных сетях в двоичную форму переводятся световые импульсы, также представляющие собой сигналы on и off.
Колебания напряжения электрических импульсов (своего рода азбука Морзе) преобразуются в двоичную форму. Естественно, эти колебания происходят за очень короткие промежутки времени. Период времени между двумя колебаниями называется циклом, обратная величина к периоду называется частотой, частота измеряется в герцах (Гц). Так, процессор в сетевой плате, работающий со скоростью 100 Мб/с, генерирует сто миллионов импульсов в секунду.
Мы уже сказали, что биты являются основными блоками при обработке данных. Это действительно так, но компьютеру неудобно обрабатывать информацию по одному биту в каждый момент времени. Это выглядит так, как если бы вы, решив построить во дворе печь для барбекю, шли в магазин, приносили один кирпич, укладывали его и шли за следующим. Ясно, что вы сразу купите столько кирпичей, сколько вам требуется, а затем приступите к строительству.
Примерно так и компьютер обрабатывает биты - он собирает их в группы по 8 битов в каждой, которые называются байтами. Байт считается единицей информации. Один символ, введенный с клавиатуры, представляется одним байтом. Буква "к" в слове "клавиатура" - это 1 байт или 8 битов. Все слово "клавиатура" состоит из 10 байтов или 80 битов.
Объединение битов в байты - это логичный способ повышения эффективности работы компьютера. В результате система функционирует быстрее, ее легче программировать и отлаживать. Определение места расположения отдельного бита является задачей компьютера.
Хотя приложения (а следовательно, их пользователи и разработчики) манипулируют байтами, компьютеры все-таки должны обрабатывать каждый отдельный бит. Операция перевода битов в байты в центральном процессоре может занять слишком много времени. Для ускорения этого процесса используются слова. Слова состоят из байтов так же, как байты состоят из битов. Слово включает в себя то количество байтов, которое процессор способен обработать за один цикл.
Например, процессор типа Intel Pentium III является 32-битным. Это означает, что он обрабатывает 32 бита (или 4 байта) за один полный цикл. С развитием технологий скорость обработки данных процессором возрастает. В результате на место 32-битного процессора приходит 64-битный, такой как
Архитектура компьютера - это состав всех его компонентов. В напечатанном виде такая подробная схема займет несколько сотен страниц. И все же некоторые компоненты остаются абстрактными. Точная реализация этих специфических участков архитектуры является задачей разработчиков.
Отделение архитектуры от спецификации продуктов реализуется с помощью уровней абстракции. Уровень абстракции - это фиксированный интерфейс между двумя компонентами системы. Этот уровень отслеживает отношения между функциями и их реализацией c обеих сторон.
Уровни абстракции становятся полезны тогда, когда в одном компоненте системы происходят изменения. В этом случае не требуется модификация другого компонента, поскольку уровни абстракции гарантируют совместимость:
Абстракция - это всегда "головная боль", но она решает множество проблем. Например, позволяет различным командам разработчиков работать над проектами, дающими одинаковый результат. Примером служат DVD-дисководы, которые создаются различными производителями, но при этом отвечают DVD-спецификациям.
Существует несколько типов архитектур компьютера различной степени открытости. Наиболее хорошо изученной считается архитектура Microsoft/Intel
Примечание. О модели OSI мы будем рассказывать позже в разделе "
На первый взгляд может показаться, что стоит лишь соединить два компьютера кабелем, и они без проблем начнут обмениваться информацией. К сожалению, все гораздо сложнее.
Существует несколько причин для использования сетевых устройств в различных точках сети. В малом офисе компьютеры объединяются с помощью концентратора, или хаба (hub) либо небольшого коммутатора (switch), соединенного с сервером. В крупной организации работает большее количество коммутаторов, соединенных с несколькими серверами. При работе с интернетом к этому набору добавляются маршрутизаторы (router). Давайте более подробно рассмотрим работу этих устройств, выясним их функции и место в сети.
Пару десятилетий назад аббревиатура LAN (Local Area Network - локальная вычислительная сеть) применялась для описания сетей любого размера. Независимо от количества компьютеров - два или четыре тысячи - все они объединялись в одну сеть. Позже, когда размер сетей значительно вырос, началось их разделение на сети меньшего размера.
Примечание. Благодаря LAN-сегментации, у нас появился маршрутизатор - основа интернета. Маршрутизатор был изобретен одним человеком из Стенфорда (его рабочая станция находилась в одной локальной сети), который хотел общаться со своей женой (ее рабочая станция располагалась в другой локальной сети). Эти двое и положили начало небольшой компании, о которой вы, наверное, слышали - компании Cisco.
Без маршрутизаторов невозможно было бы существование интернета. Маршрутизатор делает именно то, на что указывает его название - направляет данные из одной локальной сети к другому маршрутизатору, тот - к следующему, и этот процесс повторяется до тех пор, пока информация не достигнет места назначения. Маршрутизаторы играют роль дорожной полиции, разрешая пересылку данных только авторизованным машинам, чтобы гарантировать конфиденциальность личной информации. Осуществляя поддержку соединений удаленного доступа (dial-in) и выделенных линий, маршрутизаторы обрабатывают ошибки, ведут статистику использования сети и обеспечивают безопасность данных.
Интернет осуществляет информационную связь между несколькими компьютерами, поэтому разработчики осознали потребность в инструменте для поддержки этой связи. В основном, интернет использует для своих нужд существующие телекоммуникационные линии. Для того чтобы компьютер А в США установил связь с компьютером Б в Голландии, необходимо:
Эти задания выполняют маршрутизаторы, передавая по одному пакету в единицу времени.
Примечание. Пакеты аналогичны словам, т. е. представляют собой группы байтов одинакового размера. Отличие в том, что пакеты не обрабатываются компьютером, а передаются по телекоммуникационной системе, а затем конвертируются в данные, используемые принимающим устройством.
Функции маршрутизаторов уникальны и заключаются в следующем.
Маршрутизаторы похожи на универсальных переводчиков - их важнейшим качеством является способность одновременной поддержки нескольких сетевых протоколов. Именно благодаря этому несовместимые компьютеры могут поддерживать связь друг с другом, несмотря на различие в архитектуре сети, операционных системах, формате данных и т. д.
Способность маршрутизаторов отфильтровывать нежелательный трафик также очень важна для работы в сети. Некоторые представляют себе интернет территорией, где отсутствуют законы, и каждый может делать все, что ему вздумается. На самом деле сетевые администраторы могут оградить вас от нежелательной информации, соответствующим образом настроив свои маршрутизаторы. Это дает возможность эффективной работы в режиме онлайн, снижая ощущение, что кто-то посторонний просматривает секретные документы и файлы.
Серверы - это компьютеры сети, управляющие важнейшими операциями ее функционирования. В локальных сетях серверы предоставляют информацию компьютерам-клиентам, а в более крупных сетях управляют работой файловой системы и печатью.
Функции сервера могут быть и узкоспециализированными в зависимости от потребностей компании, назначения и размеров сети. Одни серверы будут выполнять уникальные функции, а другие - дублирующие, в зависимости от важности возложенной на них работы.
На количество и размещение серверов влияют несколько факторов. Небольшой организации нужен всего один сервер для связи с компьютерами-клиентами. В крупных организациях серверы выполняют более специализированные задания. Как показано на рис. 1.1, в компании
Каждый из этих серверов может быть отдельным устройством, но это не обязательно. На одном компьютере можно разместить несколько отдельных серверов, если правильно их настроить.
(рис 1.1) Размещение серверов в сети
Концентраторы и коммутаторы - это те самые устройства, чей внешний вид больше всего пугает пользователей, со множеством портов, к которым присоединены кабелями пятой категории компьютеры этих пользователей. Основной функцией концентраторов и коммутаторов является соединение многочисленных устройств (персональных компьютеров, принтеров, других концентраторов и коммутаторов) с серверами.
Концентратор (хаб) предназначен для соединения нескольких персональных компьютеров с одним сервером. Его принцип работы напоминает работу распределителя электропитания, который используется для подключения к одной розетке нескольких устройств (телевизора, DVD-плеера, спутниковой тарелки и т.д.) При обмене данными между сервером и его клиентами хаб разделяет одно соединение на несколько.
Хаб передает один и тот же сигнал на все выходные порты, поэтому данные распространяются на все устройства локальной сети, подключенные к нему. Остается загадкой, почему в ваш компьютер не попадают данные, предназначенные для коллеги за соседним столом. Это происходит благодаря тому, что каждый компьютер отфильтровывает те пакеты, которые ему не предназначены.
Коммутатор во многом похож на концентратор. Оба устройства имеют панель с портами (разъемами), к которым подключается кабель типа "витая пара". Концентраторы и коммутаторы образуют в локальной сети домен и используются для прямой доставки сообщений через главную магистраль сети.
Коммутатор отличается от хаба тем, что может создавать в сети выделенные (частные) соединения. В нашем примере с распределителем электропитания электрический ток разделяется на несколько потоков, подводимых ко всем устройствам в помещении. Эта аналогия соответствует работе коммутатора не полностью, поскольку он работает избирательно. Тут в большей степени подходит сравнение с системой коммутации, используемой в локальной АТС. Когда вы звоните своей матери по городскому телефону, то коммутатор работает таким образом, что образуется изолированная цепь, чтобы вы могли вести приватную беседу по поводу тети Джулии. Если бы соединение осуществлялось с помощью концентратора, то ваша беседа транслировалась бы на каждый телефонный аппарат, подключенный к нему. На рис. 1.2 показано отличие в работе концентратора и коммутатора.
(рис 1.2) Концентратор повторяет сигнал, а коммутатор направляет его к определенному портуКоммутаторы удобны тем, что они разделяют полосу пропускания. В коммутируемых сетях все устройства получают полный доступ к полосе пропускания физической среды передачи данных, и для выполнения передачи требуются доли секунды.
Концентратор принимает кадры (фреймы) от одного хоста (устройства, подключенного к сети и работающего через протокол TCP/IP) и пересылает их на все хосты, которые с ним связаны. Коммутатор просматривает кадры, поступающие через его порты, и сразу передает их порту (или портам) другого коммутатора. Весь процесс происходит очень быстро, поэтому коммутаторы передают одновременно несколько потоков данных. Таким образом, коммутатор может поддерживать десятки хостов посредством одного коммутируемого порта. На самом деле в каждый момент времени от порта к порту пересылается один кадр, но процесс выполняется настолько быстро, что становится прозрачным для всех работающих хостов.
Для того чтобы сетевые устройства могли общаться друг с другом, они должны "говорить" на одном языке. Однако множество компаний разрабатывают свои собственные фирменные устройства и операционные системы, поэтому возникает вопрос - как определить лучшую из них? Кто принимает решение о том, на каком языке эти устройства обмениваются информацией?
На этот вопрос дала ответ Международная организация по стандартизации (
Семиуровневая модель OSI является базой для осуществления взаимодействия в сетях, т. е. компьютерная система одного разработчика получает возможность обмениваться данными с системой другого разработчика. Трудности обмена информацией между различными системами напоминают разговор представителей двух разных национальностей. Если вы предложите выходцу из Германии поговорить с уроженцем Аргентины, то попытка общения потерпит неудачу при условии, что никто из говорящих не знает языка страны собеседника. С компьютерами все обстоит еще хуже, так как они не могут размахивать руками и говорить на языке жестов. Без модели OSI компьютер Macintosh не сможет получить доступ к PC-серверу и обменяться информацией с Novell-сервером.
Модель OSI делит сеть на семь функциональных уровней, поэтому ее иногда называют семиуровневым стеком. Каждый уровень соответствует функции или набору функций, которые выполняются во время прохождения данных по сети. Модель OSI является стандартом, поэтому не имеет значения, какие протоколы взаимодействуют друг с другом. Если протоколы работают в рамках семиуровневого стека, то на каждом уровне действуют одни и те же правила, создавая межпротокольную связь.
Каждый уровень имеет свой собственный протокол взаимодействия между устройствами (см. рис. 1.3). Для установки соединения в рамках стандартизированного взаимодействия каждый уровень обращается к другому уровню для управления определенным фрагментом сетевого соединения. Между уровнями всегда имеется фиксированный интерфейс, позволяя установку соединения с помощью различных протоколов.
(рис 1.3) Каждый уровень модели OSI работает со своим протоколом для установки связи между устройствамиТаким образом, наличие абстрактных уровней облегчает кажущуюся невыполнимой задачу по установке соединения. Чем выше мы поднимемся по стеку, начиная с самых основ - электрических сигналов в среде передачи данных, тем ближе подойдем к пользователю - к реальному содержанию пересылаемых данных. Ниже приведено описание уровней модели OSI.
Примечание. Мы будем обсуждать протоколы TCP и UDP в гл. 3.
Примечание. Обратите внимание на правильное значение названия "уровень приложений"! Здесь имеются в виду сетевые, а не программные прикладные приложения типа текстовых редакторов или электронных таблиц. Сетевые приложения включают в себя электронную почту, веб-браузеры и протокол пересылки файлов (FTP).
Понять, как работает модель OSI, легче, если мы взглянем на нее под другим углом зрения.
В основе любого сообщения лежит полезная нагрузка. Ее размеры и содержимое зависят от программного приложения. Важно понять, что при пересылке данных вся полезная нагрузка обычно не помещается в одном сообщении. Чаще всего эта нагрузка разбивается на отдельные небольшие порции, к заголовкам которых добавляются протоколы, управляющие сообщением. Величина порции полезной нагрузки зависит от используемого приложения. Например, если вы открыли сессию Telnet с библиотекой, то будет передаваться небольшой объем данных (коды клавиш, которые вы нажимаете, и числа). А вот при загрузке файла с FTP-сайта величина полезной нагрузки будет гораздо больше и составит миллионы байтов в тысячах пакетов.
Помимо полезной нагрузки имеются протоколы, управляющие передачей сообщения. Первые три уровня в этой модели управляют используемым сетевым приложением (уровень приложений), форматом представления данных (уровень представлений) и характеристиками соединения (
Примечание. Порты не являются физическими объектами, как можно предположить из их названия. Это, скорее, логические зоны компьютера, где ожидается получение информации определенного типа.
При переходе на следующий уровень - транспортный - размер сообщения немного увеличивается. Здесь главная задача состоит в предоставлении принимающему компьютеру сведений о поступающем сообщении, а также в том, чтобы он не был перегружен пакетами. Кроме того, этот уровень дает гарантию того, что все передаваемые пакеты дойдут до получателя.
Следующий уровень, добавляемый к сообщению, - сетевой уровень. Именно на этом этапе сообщение превращается в пакет или дейтаграмму. В заголовок пакета включается логический сетевой адрес, по которому передается сообщение. В числе других сетевые протоколы включают в себя и протокол IP.
За сетевым уровнем следует канальный уровень. Здесь считываются данные, представленные в двоичном виде, и добавляются к формату, который называется кадром. Формат кадра задается протоколом сетевого адаптера (например, Ethernet или ATM). В заголовке каждого кадра содержится MAC-адрес (
Вот мы и дошли до физического уровня. Вы помните, что на этом уровне сообщение преобразуется в последовательность импульсов, передающих данные в двоичном виде. Это последний уровень стека, и он не зависит от того, в каком виде передается сигнал, - в виде электрических импульсов обычной сети или световых импульсов оптоволоконной линии. Импульсы обрабатываются платами сетевого интерфейса, программное обеспечение сетевой среды в этом процессе не участвует.
Теперь поговорим о технологиях, с помощью которых происходит передача пакетов данных. Сетевые технологии работают в сегментах локальных сетей и называются также LAN-технологиями или сетевыми спецификациями. Самой популярной сетевой технологией является Ethernet, но вы можете подыскать для своей сети другую, более подходящую технологию.
В этом разделе мы обсудим технологию Ethernet и ее разновидности: Ethernet, работающий на скорости 1 Гбит/с (гигабитный Ethernet), и Ethernet, работающий на скорости 10 Гбит/с (десятигигабитный Ethernet); поговорим о технологиях Token Ring, ATM (
Как уже было сказано выше, сетевые технологии реализуются на канальном уровне стандартной модели OSI. Это значит, что их можно охарактеризовать физическими носителями и способом управления доступом к этим носителям. Работа в сети требует наличия связности отдельных сетевых устройств и определенного порядка их взаимодействия. По этой причине канальный уровень передачи данных еще называют уровнем управления доступом к среде или MAC-уровнем. Сообщения, расположенные на этом уровне, называются фреймами.
Порядок взаимодействия в сетевом соединении обеспечивается только за счет МАС-адресов (серийных номеров или идентификаторов). Для передачи сообщения из локальной сети во внешнюю необходим протокол сетевого уровня, например IP. Сетевые технологии могут функционировать только в коммутируемых объединенных сетях, т.е. их целесообразно использовать в локальных сетях или при передаче по простым, неразветвленным, протяженным маршрутам.
Сетевые технологии работают на двух уровнях.
До сих пор в этой лекции мы обсуждали тот факт, что разные компьютеры могут общаться друг с другом с помощью уникальных, присущих только им способов. Но общаются не только компьютеры. Некоторые компании разработали свои собственные средства преодоления межсетевого пространства как локального, так и глобального масштаба.
(рис 1.4) Сеть общего доступа и магистральная сетьВ 1970 г. корпорация Xerox разработала первую версию Ethernet. Спустя десять лет, в результате совместных усилий с компаниями Intel и Digital Equipment Corporation (позже превратившейся в Compaq), в 1983 г. была выпущена вторая версия. В последующие 20 лет Ethernet стала лидирующей сетевой технологией. Возможно, такой популярности Ethernet обязана своей дешевизне. Сетевая карта Ethernet стоит меньше 10 долларов, а некоторые производители интегрируют Ethernet-карты в материнские платы своих компьютеров.
Наряду с популярностью возрастала и мощность Ethernet. Термин Ethernet стал применяться при описании технологии со скоростью передачи данных в 10 Мб/с. Fast Ethernet, внедренный в 1995 г., работал на скорости 100 Мб/с. В следующем году появился гигабитный Ethernet, а в 2002 г. в качестве стандарта был предложен 10-гигабитный Ethernet, который выводит технологию Ethernet на просторы глобальных вычислительных сетей (WAN). Технология Ethernet удовлетворяет спецификации IEEE 802.3.
Примечание. Институт инженеров по электротехнике и электронике (Institute for
Популярность Ethernet нередко вызывает удивление. Эта технология изначально не является эффективной. На самом деле только 37 % полосы пропускания подходит для ее функционирования, так как Ethernet работает в условиях одновременного использования канала связи. Устройства, подключенные к локальной сети Ethernet, прослушивают линию и ожидают ее освобождения для отправки сообщения. Если два устройства одновременно начинают передачу данных, и их пакеты сталкиваются, то обе передачи прерываются, и рабочие станции через некоторое время, определяемое случайным образом, осуществляют новую попытку отправки данных.
Ethernet использует алгоритм CSMA/CD (Carrier
(рис 1.5) Работа алгоритма CSMA/CDТехнология Ethernet использует общую среду передачи, поэтому все устройства локальной сети Ethernet получают все сообщения, а затем проверяют, совпадает ли адрес назначения с собственным адресом устройства. Если адреса совпадают, то сообщение принимается и проходит через все семь уровней стека, в противном случае сообщение отбрасывается.
Реализация коммутируемой архитектуры сети Ethernet имеет преимущество в том, что линии, связывающие коммутатор с устройствами, подключенными к сети, получают полосу пропускания максимальной ширины. Это объясняется тем, что передаваемые пакеты не отправляются
Гигабитный Ethernet является расширением Ethernet-стандарта до скорости 1000 Мб/с. Такой скачок вызван тем, что он наследует возможности других Ethernet-спецификаций (исходного 10-мегабитного Ethernet и 100-мегабитного Fast Ethernet).
Технология гигабитного Ethernet является основным конкурентом технологии ATM. (Об этой технологии мы будем кратко говорить далее). Так как Ethernet является самой популярной сетевой технологией, то гигабитный Ethernet выигрывает у ATM, поскольку является более изученным. Изначально он разрабатывался для эксплуатации в локальных сетях, но при возрастании скорости передачи данных до 1 Гбит/с его можно использовать в качестве WAN-технологии.
Несмотря на высокую скорость передачи, Ethernet не совсем подходит для глобальных сетей. Эта технология использует кадры переменного размера - от 64 до 1400 байт, что не соответствует характеристикам ATM по качеству обслуживания (Quality of Service, QoS).
Примечание. Качество обслуживания (QoS) гарантирует наиболее эффективную отправку и получение пакетов. В лекции 5 мы более подробно рассмотрим QoS и его реализацию в Windows XP.
Разумеется, о конкретных нуждах и эксплуатационных возможностях организации можно говорить долго. Если компания не делает акцент на характеристики QoS и имеет достаточную базу знаний об Ethernet, то идеальным решением для нее является гигабитный Ethernet. Популярным решением такой сети является подключение локальных сетей общего доступа с технологией Fast Ethernet к
Следующей ступенькой в развитии Ethernet стал 10-гигабитный Ethernet. Скорости передачи 10 Мбит/с и 100 Мбит/с в технологии Ethernet делают ее хорошим способом доступа к данным, гигабитный Ethernet становится претендентом на роль WAN. А 10-гигабитная реализация Ethernet становится настоящей глобальной сетевой технологией.
10-гигабитный Ethernet использует Ethernet-протокол, формат кадра и размер кадра, определенные в спецификации IEEE 802.3. Переменный размер кадров по-прежнему остается проблемой, однако принципиальных трудностей для группировки множества мелких пакетов в один большой транк (
У вас могло сложиться впечатление, что весь мир пользуется Ethernet-соединениями, но все же это не единственный стандарт для локальных сетей. Технология Token Ring является главным конкурентом Ethernet в борьбе за лидерство в LAN-технологиях. По крайней мере, так было до сих пор. Token Ring отличается своей архитектурой и не совместим с Ethernet во всем, что касается сетевых карт, соединительных кабелей и программного обеспечения.
Примечание. Технология Ethernet определяется в спецификации IEEE 802.3, технология Token Ring - в спецификации IEEE 802.5.
Token Ring (кольцевая сеть с маркерным доступом) называется так, потому что образует из хостов (узлов)
(рис 1.6) Организация локальной сети Token RingТехнология Ethernet в процессе принятия решения о том, какой хост будет широковещательным, отслеживает освобождение линии связи. Технология Token Ring действует более упорядоченно: протокол с эстафетной передачей маркера контролирует трафик, посылая специальный кадр - маркер (token) - от хоста к хосту. Только хост, владеющий маркером, получает право на передачу информации, что позволяет устранять коллизии пакетов.
По сути, Token Ring избегает коллизий за счет времени ожидания, так как каждому хосту приходится ждать своей очереди на передачу. Однако только этим все не ограничивается. Исключение коллизий пакетов в значительной степени способствует более полному использованию полосы пропускания. Token Ring использует до 75 % полосы пропускания, в то время как теоретический максимум использования у Ethernet составляет около 37 %. В первых реализациях Token Ring скорость передачи данных составляла 4 Мбит/с. Сейчас большинство локальных сетей с технологией Token Ring повысили свою скорость до 16 Мбит/с. Это не так много по сравнению со 100-мегабитным Fast Ethernet, но, как уже говорилось, Token Ring работает гораздо эффективнее, чем Ethernet.
Не стоит забывать, что деньги тоже имеют значение. Token Ring не стал лидирующим стандартом только потому, что имеет более высокие цены за трафик.
Организация локальных сетей Token Ring стоит дороже из-за технологической сложности механизма эстафетной передачи маркера и использования сетевых карт, которые передают пакеты в упорядоченном режиме.
Технология асинхронного
АТМ-технология отличается от технологии Ethernet и Token Ring тем, что является коммутируемой технологией, в которой виртуальные каналы устанавливаются до начала передачи. Ethernet и Token Ring не создают виртуальных каналов, более того, они отсылают сообщение хосту без предварительного уведомления, оставляя задачу определения оптимального маршрута маршрутизаторам.
Ячейки АТМ достаточно малы (53 байта) по сравнению с Ethernet-пакетами, имеющими размер от 64 до 1500 байт, поэтому их быстрее обрабатывать и легче осуществлять контроль.
Еще одной отличительной чертой АТМ является то, что эта технология разработана для оптоволоконных кабелей, работающих в технических условиях синхронных оптических сетей (Synchronous
Архитектура ATM-сетей эффективно использует полосу передачи для максимальных скоростей, на 75% превышая эффективность технологии Token Ring. Скорость передачи для большинства магистральных АТМ-сетей составляет 155 Мбит/с (ОС-3) или 622 Мбит/с (ОС-12). Скорость передачи для сильно нагруженных междугородных линий связи составляет 622 Мбит/с (ОС-12) и 2,488 Гбит/с (ОС-48).
Примечание. ОС определяет оптический носитель и является мерой скорости при передаче данных по оптоволоконным линиям.
Функциональные особенности вышеописанных сетевых технологий сильно отличаются друг от друга. Одни технологии являются более распространенными, другие - более дорогими, третьи - более эффективными. Хотя технологии Ethernet, АТМ, Frame Relay обладают уникальными функциями, у них есть одна общая черта - необходимость физического соединения между хостами, независимо от того, что их соединяет: медный кабель "витая пара" или оптическое волокно. Беспроводные локальные сети (
Технологической базой для работы беспроводных локальных сетей является стандарт IEEE 802.11. Он введен в эксплуатацию в начале 90-х годов прошлого века и применяется в нелицензированном диапазоне частот 2,4 ГГц. Первые версии стандарта 802.11 поддерживали скорость передачи данных от одного до двух
Появилась новая версия протокола 802.11а, работающая на скорости 54 Мбит/с, но она еще не завоевала такой популярности, как версия
Целью разработки стандарта 802.11а было следующее:
Примечание. Именно из-за третьего пункта IEEE выбрал в качестве рабочей частоты 2,4 ГГц. Это нелицензированная полоса частот, предназначенная для использования в промышленности, науке и медицине.
Архитектура беспроводных локальных сетей, работающих по стандарту 802.11, напоминает архитектуру сетей сотовой телефонной связи. Используя сетевую архитектуру, описанную ниже, беспроводные компьютерные сети пользуются преимуществами роуминга телефонных сетей, обеспечивая высокие скорости передачи данных.
Использование архитектуры сотовой связи позволяет беспроводным устройствам соединяться, разъединяться и совершать роуминг от ячейки к ячейке. Более подробная информация о работе беспроводных сетей в Windows XP Professional приведена в лекции 5.
Вычислительная сеть не ограничивается длиной кабеля пятой категории или диапазоном частот устройства, работающего по стандарту 802.11. Многие организации поддерживают связь со своими филиалами, находящимися на огромных расстояниях, с помощью технологий глобальной сетевой связи (Wide-Area Network, WAN). Эти технологии позволяют сетевым устройствам по всему земному шару подключаться к глобальной сети интернет.
Существует два основных вида WAN-технологий, с помощью которых удаленные пользователи и офисы устанавливают связь с сетью организации.
Независимо от вида WAN-соединения, для передачи данных между пользователями и офисами задействованы линии обычной телефонной связи. Различие заключается в использовании линии:
Примечание. Отрезок между домом (офисом) и коммутационной телефонной станцией традиционно называется "последней милей". Это самое узкое место, снижающее скорость WAN-соединения, поскольку эта инфраструктура не рассчитана на передачу больших объемов информации.
В последние годы термин "последняя миля" стал очень распространенным, поскольку популярность и важность интернета растет, а пользователи страдают из-за медлительности их домашних и рабочих соединений удаленного доступа. Высокая пропускная способность нужна очень многим, а не только подросткам, скачивающим музыку в формате МР3.
В этом разделе мы остановимся на технологиях, которые позволяют решить проблему "
Основное отличие технологии удаленного доступа и транк-технологии заключается в том, что соединение удаленного доступа является временным. По окончании сеанса связи пользователь кладет трубку, и соединение обрывается. Большинство телефонных линий в жилых домах являются аналоговыми, т. е. звук поступает в систему в виде звуковой волны. Для обмена данными между компьютерами посредством телефонной связи используются модемы (название является сокращением от модулятор/демодулятор). Модемы конвертируют двоичные сигналы в звуковые и осуществляют обратное преобразование. Поэтому во время дозвона до интернет-провайдера или отправки факса вы слышите характерные звуки, доносящиеся из этих устройств.
Аналоговые сети не так уж плохи, не будь они такими "медлительными". Низкие скорости обусловлены узостью полосы пропускания медного телефонного кабеля для прохождения акустического сигнала. И, если задуматься, это оправдано - ведь телефонная сеть создавалась для голосового общения, а не для пересылки данных. Поэтому даже самый быстрый модем работает со скоростью передачи данных 56 Кбит/с. На рисунке 1.7 показано сравнение пропускной способности сети при использовании различных скоростей и технологий.
(рис 1.7) Пропускная способность сетей, использующих различные технологииВысокоскоростными технологиями удаленного доступа, в которых используется существующая инфраструктура телефонной связи, являются цифровая сеть с комплексными услугами (Integrated Services
Технология ISDN была первым цифровым сервисом на дому. В связи с тем, что эта технология является цифровой, для ее использования дома или в небольшом офисе требуется специальное оборудование. К сожалению, доступность ISDN часто зависит от взаимного расположения пользователя и центральной телефонной станции, и поэтому не всегда возможна.
Интерфейс базового уровня. Технология ISDN создает множество каналов в одном соединении. Каналом называется путь передачи данных, который встраивается в телефонную линию наряду с другими каналами. Основным каналом является канал интерфейса базового уровня (Basic Rate Interface,
(рис 1.8) Канал интерфейса базового уровня предоставляет три цифровых каналаКаждый В-канал работает со скоростью 64 Кбит/с при
Интерфейс основного уровня. Существует еще один вид ISDN-каналов, который называется интерфейсом основного уровня (Primary Rate Interface,
Как и ISDN, технология DSL является цифровой технологией, которая работает на базе обычной телефонной сети. В DSL используются сложные алгоритмы модуляции сигналов для повышения пропускной способности в инфраструктуре "
В отличие от симметричной ISDN, технология DSL является асимметричной, т. е. скорость приема данных может быть гораздо выше скорости отправления, что очень нравится пользователям домашнего офиса, которые в основном стремятся получать информацию, а не отсылать ее. Существует несколько типов DSL.
Для DSL-соединения требуется специальное оборудование, как и для ISDN. DSL-модемы разделяют сигналы на два канала: принимающий и передающий. При использовании технологии DSL
(рис 1.9) Высокую пропускную способность DSL-модема обеспечивает разделение трафика на два канала, работающих в разных направленияхЕсли мысль о передаче высокоскоростных данных через телефонную линию кажется вам невыносимой, то знайте, что есть варианты преодоления "
В зависимости от пакетов услуг, предлагаемых компанией, вы можете рассчитывать на скорость получения данных от 384 Кбит/с до нескольких миллионов бит в секунду. Слабым местом кабельных модемов является то, что они используют информационный канал наравне с соседними пользователями. Будет замечательно, если вы окажетесь единственным обладателем кабельного модема. Однако при наличии других пользователей, подключающихся к сети, скорость передачи данных резко снижается.
Спутниковая связь. Основными ограничительными факторами на пути решения проблемы "
Выше уже говорилось о том, что транк - это высокопроизводительный канал связи, соединяющий две точки, каждая из которых является коммутационным узлом. Такие каналы не обязательно работают только на междугородных и городских линиях, их можно устанавливать внутри зданий и студенческих городков.
А теперь давайте рассмотрим соединения Т1, Т3 и технологию Frame Relay.
Т1 и Т3 являются наиболее распространенными технологиями для арендуемых линий в Северной Америке и Японии. Арендуемые линии являются линиями связи (или фрагментами линий), которые резервируются для использования организациями за определенную плату.
Наиболее популярной технологией цифровых линий является Т1. Она использует телекоммуникационную схему мультиплексирования с временным разделением (time-
Линии Т3 являются более надежным вариантом линий Т1 и обеспечивают скорость передачи данных в 45 Мбит/с. Технологии Т3 обычно используются крупными поставщиками услуг интернет-связи для более мелких провайдеров. Линию Т3 можно разбивать на отдельные сегменты, и это очень удобно, поскольку пропускная способность и цена за использование такой линии слишком велики для одной организации.
И напоследок рассмотрим технологию ретрансляции кадров Frame Relay. Ретрансляция кадров применяется для передачи данных в крупных сетях, как, например, региональная телефонная компания ATT. На рисунке 1.10 показано, как технология Frame Relay использует линии телефонной связи для соединения с удаленными точками.
(рис 1.10) Технология Frame Relay эффективна для нестационарного трафикаС точки зрения стоимости технология ретрансляции кадров выглядит достаточно привлекательно. Она получила свое название в связи с тем, что данные конвертируются в кадры (фреймы) переменной длины. Работа сети ускоряется из-за того, что управление сеансами связи и исправление ошибок возлагается на узлы, расположенные в сети.
Пользователи арендуют постоянный
Пользователи линий Frame Relay оплачивают использование канала связи в зависимости от времени, проведенного в сети, в контракте они могут также установить перечень платных услуг, предоставляемых компанией.
Сети Frame Relay базируются на каналах Т1 и Т3, управляемых оператором сети. Использование сетей с ретрансляцией кадров целесообразно в том случае, если объем передаваемой информации не очень велик.
Говорить о работе сетей можно много и долго. Только об основных функциях сетевых соединений можно написать целые тома. Нашей целью являлось обсуждение базовых моментов сетевого и межсетевого взаимодействия. Эти сведения необходимы для дальнейшей работы с Windows XP Professional.
Перед тем как погрузиться в подробное изучение Windows XP Professional, давайте познакомимся с общими концепциями построения сетей и соответствующей терминологией. Знание этих базовых положений пригодится нам при рассмотрении более сложных вопросов. В лекции приведен обзор концепций сетевой работы, включая общие понятия о том, как компьютер обрабатывает данные и как это используется при организации сетевого взаимодействия. Дополнительно рассказывается о семиуровневой
Если вы хорошо разбираетесь в организации сетей, то можете пропустить эту лекцию.
Перед тем как приступить к изучению сетей и их организации, давайте разберемся в технологии работы компьютера. Это важно, поскольку способы обработки информации внутри машины действительны и для сетевых технологий. В этом разделе мы рассмотрим, как компьютеры обмениваются данными.
Для большинства пользователей является загадкой, что же происходит в "том углу", где находится сервер и концентратор. Некоторые настолько запутались в работе своего компьютера, что им нет никакого дела до сервера и до того, что "эти компьютерщики" с ним делают. На самом же деле серверы, как и другое сетевое оборудование, - это просто компьютеры. Основное различие между рабочей станцией, сервером и маршрутизатором состоит в их конфигурации.
У сетевых устройств, в отличие от обычных компьютеров, нет мониторов и дисководов. Так происходит потому, что они выполняют одну-единственную функцию - передают трафик. Им не нужно хранить информацию или выводить ее на дисплей. Сетевые устройства, как и персональные компьютеры, имеют центральный процессор, память и операционную систему.
Для обмена данными компьютеры, образующие сеть, должны передавать друг другу электрические сигналы при помощи различных аппаратных средств (о которых мы поговорим позже). Эти сигналы проходят по лабиринту транзисторов и микросхем внутри компьютера, а затем отправляются по соединительным кабелям к другим сетевым устройствам.
Во время передачи от одного устройства к другому сигнал сначала попадает на сетевую интерфейсную плату (
Примечание. В оптоволоконных сетях в двоичную форму переводятся световые импульсы, также представляющие собой сигналы on и off.
Колебания напряжения электрических импульсов (своего рода азбука Морзе) преобразуются в двоичную форму. Естественно, эти колебания происходят за очень короткие промежутки времени. Период времени между двумя колебаниями называется циклом, обратная величина к периоду называется частотой, частота измеряется в герцах (Гц). Так, процессор в сетевой плате, работающий со скоростью 100 Мб/с, генерирует сто миллионов импульсов в секунду.
Мы уже сказали, что биты являются основными блоками при обработке данных. Это действительно так, но компьютеру неудобно обрабатывать информацию по одному биту в каждый момент времени. Это выглядит так, как если бы вы, решив построить во дворе печь для барбекю, шли в магазин, приносили один кирпич, укладывали его и шли за следующим. Ясно, что вы сразу купите столько кирпичей, сколько вам требуется, а затем приступите к строительству.
Примерно так и компьютер обрабатывает биты - он собирает их в группы по 8 битов в каждой, которые называются байтами. Байт считается единицей информации. Один символ, введенный с клавиатуры, представляется одним байтом. Буква "к" в слове "клавиатура" - это 1 байт или 8 битов. Все слово "клавиатура" состоит из 10 байтов или 80 битов.
Объединение битов в байты - это логичный способ повышения эффективности работы компьютера. В результате система функционирует быстрее, ее легче программировать и отлаживать. Определение места расположения отдельного бита является задачей компьютера.
Хотя приложения (а следовательно, их пользователи и разработчики) манипулируют байтами, компьютеры все-таки должны обрабатывать каждый отдельный бит. Операция перевода битов в байты в центральном процессоре может занять слишком много времени. Для ускорения этого процесса используются слова. Слова состоят из байтов так же, как байты состоят из битов. Слово включает в себя то количество байтов, которое процессор способен обработать за один цикл.
Например, процессор типа Intel Pentium III является 32-битным. Это означает, что он обрабатывает 32 бита (или 4 байта) за один полный цикл. С развитием технологий скорость обработки данных процессором возрастает. В результате на место 32-битного процессора приходит 64-битный, такой как
Архитектура компьютера - это состав всех его компонентов. В напечатанном виде такая подробная схема займет несколько сотен страниц. И все же некоторые компоненты остаются абстрактными. Точная реализация этих специфических участков архитектуры является задачей разработчиков.
Отделение архитектуры от спецификации продуктов реализуется с помощью уровней абстракции. Уровень абстракции - это фиксированный интерфейс между двумя компонентами системы. Этот уровень отслеживает отношения между функциями и их реализацией c обеих сторон.
Уровни абстракции становятся полезны тогда, когда в одном компоненте системы происходят изменения. В этом случае не требуется модификация другого компонента, поскольку уровни абстракции гарантируют совместимость:
Абстракция - это всегда "головная боль", но она решает множество проблем. Например, позволяет различным командам разработчиков работать над проектами, дающими одинаковый результат. Примером служат DVD-дисководы, которые создаются различными производителями, но при этом отвечают DVD-спецификациям.
Существует несколько типов архитектур компьютера различной степени открытости. Наиболее хорошо изученной считается архитектура Microsoft/Intel
Примечание. О модели OSI мы будем рассказывать позже в разделе "
На первый взгляд может показаться, что стоит лишь соединить два компьютера кабелем, и они без проблем начнут обмениваться информацией. К сожалению, все гораздо сложнее.
Существует несколько причин для использования сетевых устройств в различных точках сети. В малом офисе компьютеры объединяются с помощью концентратора, или хаба (hub) либо небольшого коммутатора (switch), соединенного с сервером. В крупной организации работает большее количество коммутаторов, соединенных с несколькими серверами. При работе с интернетом к этому набору добавляются маршрутизаторы (router). Давайте более подробно рассмотрим работу этих устройств, выясним их функции и место в сети.
Пару десятилетий назад аббревиатура LAN (Local Area Network - локальная вычислительная сеть) применялась для описания сетей любого размера. Независимо от количества компьютеров - два или четыре тысячи - все они объединялись в одну сеть. Позже, когда размер сетей значительно вырос, началось их разделение на сети меньшего размера.
Примечание. Благодаря LAN-сегментации, у нас появился маршрутизатор - основа интернета. Маршрутизатор был изобретен одним человеком из Стенфорда (его рабочая станция находилась в одной локальной сети), который хотел общаться со своей женой (ее рабочая станция располагалась в другой локальной сети). Эти двое и положили начало небольшой компании, о которой вы, наверное, слышали - компании Cisco.
Без маршрутизаторов невозможно было бы существование интернета. Маршрутизатор делает именно то, на что указывает его название - направляет данные из одной локальной сети к другому маршрутизатору, тот - к следующему, и этот процесс повторяется до тех пор, пока информация не достигнет места назначения. Маршрутизаторы играют роль дорожной полиции, разрешая пересылку данных только авторизованным машинам, чтобы гарантировать конфиденциальность личной информации. Осуществляя поддержку соединений удаленного доступа (dial-in) и выделенных линий, маршрутизаторы обрабатывают ошибки, ведут статистику использования сети и обеспечивают безопасность данных.
Интернет осуществляет информационную связь между несколькими компьютерами, поэтому разработчики осознали потребность в инструменте для поддержки этой связи. В основном, интернет использует для своих нужд существующие телекоммуникационные линии. Для того чтобы компьютер А в США установил связь с компьютером Б в Голландии, необходимо:
Эти задания выполняют маршрутизаторы, передавая по одному пакету в единицу времени.
Примечание. Пакеты аналогичны словам, т. е. представляют собой группы байтов одинакового размера. Отличие в том, что пакеты не обрабатываются компьютером, а передаются по телекоммуникационной системе, а затем конвертируются в данные, используемые принимающим устройством.
Функции маршрутизаторов уникальны и заключаются в следующем.
Маршрутизаторы похожи на универсальных переводчиков - их важнейшим качеством является способность одновременной поддержки нескольких сетевых протоколов. Именно благодаря этому несовместимые компьютеры могут поддерживать связь друг с другом, несмотря на различие в архитектуре сети, операционных системах, формате данных и т. д.
Способность маршрутизаторов отфильтровывать нежелательный трафик также очень важна для работы в сети. Некоторые представляют себе интернет территорией, где отсутствуют законы, и каждый может делать все, что ему вздумается. На самом деле сетевые администраторы могут оградить вас от нежелательной информации, соответствующим образом настроив свои маршрутизаторы. Это дает возможность эффективной работы в режиме онлайн, снижая ощущение, что кто-то посторонний просматривает секретные документы и файлы.
Серверы - это компьютеры сети, управляющие важнейшими операциями ее функционирования. В локальных сетях серверы предоставляют информацию компьютерам-клиентам, а в более крупных сетях управляют работой файловой системы и печатью.
Функции сервера могут быть и узкоспециализированными в зависимости от потребностей компании, назначения и размеров сети. Одни серверы будут выполнять уникальные функции, а другие - дублирующие, в зависимости от важности возложенной на них работы.
На количество и размещение серверов влияют несколько факторов. Небольшой организации нужен всего один сервер для связи с компьютерами-клиентами. В крупных организациях серверы выполняют более специализированные задания. Как показано на рис. 1.1, в компании
Каждый из этих серверов может быть отдельным устройством, но это не обязательно. На одном компьютере можно разместить несколько отдельных серверов, если правильно их настроить.
(рис 1.1) Размещение серверов в сети
Концентраторы и коммутаторы - это те самые устройства, чей внешний вид больше всего пугает пользователей, со множеством портов, к которым присоединены кабелями пятой категории компьютеры этих пользователей. Основной функцией концентраторов и коммутаторов является соединение многочисленных устройств (персональных компьютеров, принтеров, других концентраторов и коммутаторов) с серверами.
Концентратор (хаб) предназначен для соединения нескольких персональных компьютеров с одним сервером. Его принцип работы напоминает работу распределителя электропитания, который используется для подключения к одной розетке нескольких устройств (телевизора, DVD-плеера, спутниковой тарелки и т.д.) При обмене данными между сервером и его клиентами хаб разделяет одно соединение на несколько.
Хаб передает один и тот же сигнал на все выходные порты, поэтому данные распространяются на все устройства локальной сети, подключенные к нему. Остается загадкой, почему в ваш компьютер не попадают данные, предназначенные для коллеги за соседним столом. Это происходит благодаря тому, что каждый компьютер отфильтровывает те пакеты, которые ему не предназначены.
Коммутатор во многом похож на концентратор. Оба устройства имеют панель с портами (разъемами), к которым подключается кабель типа "витая пара". Концентраторы и коммутаторы образуют в локальной сети домен и используются для прямой доставки сообщений через главную магистраль сети.
Коммутатор отличается от хаба тем, что может создавать в сети выделенные (частные) соединения. В нашем примере с распределителем электропитания электрический ток разделяется на несколько потоков, подводимых ко всем устройствам в помещении. Эта аналогия соответствует работе коммутатора не полностью, поскольку он работает избирательно. Тут в большей степени подходит сравнение с системой коммутации, используемой в локальной АТС. Когда вы звоните своей матери по городскому телефону, то коммутатор работает таким образом, что образуется изолированная цепь, чтобы вы могли вести приватную беседу по поводу тети Джулии. Если бы соединение осуществлялось с помощью концентратора, то ваша беседа транслировалась бы на каждый телефонный аппарат, подключенный к нему. На рис. 1.2 показано отличие в работе концентратора и коммутатора.
(рис 1.2) Концентратор повторяет сигнал, а коммутатор направляет его к определенному портуКоммутаторы удобны тем, что они разделяют полосу пропускания. В коммутируемых сетях все устройства получают полный доступ к полосе пропускания физической среды передачи данных, и для выполнения передачи требуются доли секунды.
Концентратор принимает кадры (фреймы) от одного хоста (устройства, подключенного к сети и работающего через протокол TCP/IP) и пересылает их на все хосты, которые с ним связаны. Коммутатор просматривает кадры, поступающие через его порты, и сразу передает их порту (или портам) другого коммутатора. Весь процесс происходит очень быстро, поэтому коммутаторы передают одновременно несколько потоков данных. Таким образом, коммутатор может поддерживать десятки хостов посредством одного коммутируемого порта. На самом деле в каждый момент времени от порта к порту пересылается один кадр, но процесс выполняется настолько быстро, что становится прозрачным для всех работающих хостов.
Для того чтобы сетевые устройства могли общаться друг с другом, они должны "говорить" на одном языке. Однако множество компаний разрабатывают свои собственные фирменные устройства и операционные системы, поэтому возникает вопрос - как определить лучшую из них? Кто принимает решение о том, на каком языке эти устройства обмениваются информацией?
На этот вопрос дала ответ Международная организация по стандартизации (
Семиуровневая модель OSI является базой для осуществления взаимодействия в сетях, т. е. компьютерная система одного разработчика получает возможность обмениваться данными с системой другого разработчика. Трудности обмена информацией между различными системами напоминают разговор представителей двух разных национальностей. Если вы предложите выходцу из Германии поговорить с уроженцем Аргентины, то попытка общения потерпит неудачу при условии, что никто из говорящих не знает языка страны собеседника. С компьютерами все обстоит еще хуже, так как они не могут размахивать руками и говорить на языке жестов. Без модели OSI компьютер Macintosh не сможет получить доступ к PC-серверу и обменяться информацией с Novell-сервером.
Модель OSI делит сеть на семь функциональных уровней, поэтому ее иногда называют семиуровневым стеком. Каждый уровень соответствует функции или набору функций, которые выполняются во время прохождения данных по сети. Модель OSI является стандартом, поэтому не имеет значения, какие протоколы взаимодействуют друг с другом. Если протоколы работают в рамках семиуровневого стека, то на каждом уровне действуют одни и те же правила, создавая межпротокольную связь.
Каждый уровень имеет свой собственный протокол взаимодействия между устройствами (см. рис. 1.3). Для установки соединения в рамках стандартизированного взаимодействия каждый уровень обращается к другому уровню для управления определенным фрагментом сетевого соединения. Между уровнями всегда имеется фиксированный интерфейс, позволяя установку соединения с помощью различных протоколов.
(рис 1.3) Каждый уровень модели OSI работает со своим протоколом для установки связи между устройствамиТаким образом, наличие абстрактных уровней облегчает кажущуюся невыполнимой задачу по установке соединения. Чем выше мы поднимемся по стеку, начиная с самых основ - электрических сигналов в среде передачи данных, тем ближе подойдем к пользователю - к реальному содержанию пересылаемых данных. Ниже приведено описание уровней модели OSI.
Примечание. Мы будем обсуждать протоколы TCP и UDP в гл. 3.
Примечание. Обратите внимание на правильное значение названия "уровень приложений"! Здесь имеются в виду сетевые, а не программные прикладные приложения типа текстовых редакторов или электронных таблиц. Сетевые приложения включают в себя электронную почту, веб-браузеры и протокол пересылки файлов (FTP).
Понять, как работает модель OSI, легче, если мы взглянем на нее под другим углом зрения.
В основе любого сообщения лежит полезная нагрузка. Ее размеры и содержимое зависят от программного приложения. Важно понять, что при пересылке данных вся полезная нагрузка обычно не помещается в одном сообщении. Чаще всего эта нагрузка разбивается на отдельные небольшие порции, к заголовкам которых добавляются протоколы, управляющие сообщением. Величина порции полезной нагрузки зависит от используемого приложения. Например, если вы открыли сессию Telnet с библиотекой, то будет передаваться небольшой объем данных (коды клавиш, которые вы нажимаете, и числа). А вот при загрузке файла с FTP-сайта величина полезной нагрузки будет гораздо больше и составит миллионы байтов в тысячах пакетов.
Помимо полезной нагрузки имеются протоколы, управляющие передачей сообщения. Первые три уровня в этой модели управляют используемым сетевым приложением (уровень приложений), форматом представления данных (уровень представлений) и характеристиками соединения (
Примечание. Порты не являются физическими объектами, как можно предположить из их названия. Это, скорее, логические зоны компьютера, где ожидается получение информации определенного типа.
При переходе на следующий уровень - транспортный - размер сообщения немного увеличивается. Здесь главная задача состоит в предоставлении принимающему компьютеру сведений о поступающем сообщении, а также в том, чтобы он не был перегружен пакетами. Кроме того, этот уровень дает гарантию того, что все передаваемые пакеты дойдут до получателя.
Следующий уровень, добавляемый к сообщению, - сетевой уровень. Именно на этом этапе сообщение превращается в пакет или дейтаграмму. В заголовок пакета включается логический сетевой адрес, по которому передается сообщение. В числе других сетевые протоколы включают в себя и протокол IP.
За сетевым уровнем следует канальный уровень. Здесь считываются данные, представленные в двоичном виде, и добавляются к формату, который называется кадром. Формат кадра задается протоколом сетевого адаптера (например, Ethernet или ATM). В заголовке каждого кадра содержится MAC-адрес (
Вот мы и дошли до физического уровня. Вы помните, что на этом уровне сообщение преобразуется в последовательность импульсов, передающих данные в двоичном виде. Это последний уровень стека, и он не зависит от того, в каком виде передается сигнал, - в виде электрических импульсов обычной сети или световых импульсов оптоволоконной линии. Импульсы обрабатываются платами сетевого интерфейса, программное обеспечение сетевой среды в этом процессе не участвует.
Теперь поговорим о технологиях, с помощью которых происходит передача пакетов данных. Сетевые технологии работают в сегментах локальных сетей и называются также LAN-технологиями или сетевыми спецификациями. Самой популярной сетевой технологией является Ethernet, но вы можете подыскать для своей сети другую, более подходящую технологию.
В этом разделе мы обсудим технологию Ethernet и ее разновидности: Ethernet, работающий на скорости 1 Гбит/с (гигабитный Ethernet), и Ethernet, работающий на скорости 10 Гбит/с (десятигигабитный Ethernet); поговорим о технологиях Token Ring, ATM (
Как уже было сказано выше, сетевые технологии реализуются на канальном уровне стандартной модели OSI. Это значит, что их можно охарактеризовать физическими носителями и способом управления доступом к этим носителям. Работа в сети требует наличия связности отдельных сетевых устройств и определенного порядка их взаимодействия. По этой причине канальный уровень передачи данных еще называют уровнем управления доступом к среде или MAC-уровнем. Сообщения, расположенные на этом уровне, называются фреймами.
Порядок взаимодействия в сетевом соединении обеспечивается только за счет МАС-адресов (серийных номеров или идентификаторов). Для передачи сообщения из локальной сети во внешнюю необходим протокол сетевого уровня, например IP. Сетевые технологии могут функционировать только в коммутируемых объединенных сетях, т.е. их целесообразно использовать в локальных сетях или при передаче по простым, неразветвленным, протяженным маршрутам.
Сетевые технологии работают на двух уровнях.
До сих пор в этой лекции мы обсуждали тот факт, что разные компьютеры могут общаться друг с другом с помощью уникальных, присущих только им способов. Но общаются не только компьютеры. Некоторые компании разработали свои собственные средства преодоления межсетевого пространства как локального, так и глобального масштаба.
(рис 1.4) Сеть общего доступа и магистральная сетьВ 1970 г. корпорация Xerox разработала первую версию Ethernet. Спустя десять лет, в результате совместных усилий с компаниями Intel и Digital Equipment Corporation (позже превратившейся в Compaq), в 1983 г. была выпущена вторая версия. В последующие 20 лет Ethernet стала лидирующей сетевой технологией. Возможно, такой популярности Ethernet обязана своей дешевизне. Сетевая карта Ethernet стоит меньше 10 долларов, а некоторые производители интегрируют Ethernet-карты в материнские платы своих компьютеров.
Наряду с популярностью возрастала и мощность Ethernet. Термин Ethernet стал применяться при описании технологии со скоростью передачи данных в 10 Мб/с. Fast Ethernet, внедренный в 1995 г., работал на скорости 100 Мб/с. В следующем году появился гигабитный Ethernet, а в 2002 г. в качестве стандарта был предложен 10-гигабитный Ethernet, который выводит технологию Ethernet на просторы глобальных вычислительных сетей (WAN). Технология Ethernet удовлетворяет спецификации IEEE 802.3.
Примечание. Институт инженеров по электротехнике и электронике (Institute for
Популярность Ethernet нередко вызывает удивление. Эта технология изначально не является эффективной. На самом деле только 37 % полосы пропускания подходит для ее функционирования, так как Ethernet работает в условиях одновременного использования канала связи. Устройства, подключенные к локальной сети Ethernet, прослушивают линию и ожидают ее освобождения для отправки сообщения. Если два устройства одновременно начинают передачу данных, и их пакеты сталкиваются, то обе передачи прерываются, и рабочие станции через некоторое время, определяемое случайным образом, осуществляют новую попытку отправки данных.
Ethernet использует алгоритм CSMA/CD (Carrier
(рис 1.5) Работа алгоритма CSMA/CDТехнология Ethernet использует общую среду передачи, поэтому все устройства локальной сети Ethernet получают все сообщения, а затем проверяют, совпадает ли адрес назначения с собственным адресом устройства. Если адреса совпадают, то сообщение принимается и проходит через все семь уровней стека, в противном случае сообщение отбрасывается.
Реализация коммутируемой архитектуры сети Ethernet имеет преимущество в том, что линии, связывающие коммутатор с устройствами, подключенными к сети, получают полосу пропускания максимальной ширины. Это объясняется тем, что передаваемые пакеты не отправляются
Гигабитный Ethernet является расширением Ethernet-стандарта до скорости 1000 Мб/с. Такой скачок вызван тем, что он наследует возможности других Ethernet-спецификаций (исходного 10-мегабитного Ethernet и 100-мегабитного Fast Ethernet).
Технология гигабитного Ethernet является основным конкурентом технологии ATM. (Об этой технологии мы будем кратко говорить далее). Так как Ethernet является самой популярной сетевой технологией, то гигабитный Ethernet выигрывает у ATM, поскольку является более изученным. Изначально он разрабатывался для эксплуатации в локальных сетях, но при возрастании скорости передачи данных до 1 Гбит/с его можно использовать в качестве WAN-технологии.
Несмотря на высокую скорость передачи, Ethernet не совсем подходит для глобальных сетей. Эта технология использует кадры переменного размера - от 64 до 1400 байт, что не соответствует характеристикам ATM по качеству обслуживания (Quality of Service, QoS).
Примечание. Качество обслуживания (QoS) гарантирует наиболее эффективную отправку и получение пакетов. В лекции 5 мы более подробно рассмотрим QoS и его реализацию в Windows XP.
Разумеется, о конкретных нуждах и эксплуатационных возможностях организации можно говорить долго. Если компания не делает акцент на характеристики QoS и имеет достаточную базу знаний об Ethernet, то идеальным решением для нее является гигабитный Ethernet. Популярным решением такой сети является подключение локальных сетей общего доступа с технологией Fast Ethernet к
Следующей ступенькой в развитии Ethernet стал 10-гигабитный Ethernet. Скорости передачи 10 Мбит/с и 100 Мбит/с в технологии Ethernet делают ее хорошим способом доступа к данным, гигабитный Ethernet становится претендентом на роль WAN. А 10-гигабитная реализация Ethernet становится настоящей глобальной сетевой технологией.
10-гигабитный Ethernet использует Ethernet-протокол, формат кадра и размер кадра, определенные в спецификации IEEE 802.3. Переменный размер кадров по-прежнему остается проблемой, однако принципиальных трудностей для группировки множества мелких пакетов в один большой транк (
У вас могло сложиться впечатление, что весь мир пользуется Ethernet-соединениями, но все же это не единственный стандарт для локальных сетей. Технология Token Ring является главным конкурентом Ethernet в борьбе за лидерство в LAN-технологиях. По крайней мере, так было до сих пор. Token Ring отличается своей архитектурой и не совместим с Ethernet во всем, что касается сетевых карт, соединительных кабелей и программного обеспечения.
Примечание. Технология Ethernet определяется в спецификации IEEE 802.3, технология Token Ring - в спецификации IEEE 802.5.
Token Ring (кольцевая сеть с маркерным доступом) называется так, потому что образует из хостов (узлов)
(рис 1.6) Организация локальной сети Token RingТехнология Ethernet в процессе принятия решения о том, какой хост будет широковещательным, отслеживает освобождение линии связи. Технология Token Ring действует более упорядоченно: протокол с эстафетной передачей маркера контролирует трафик, посылая специальный кадр - маркер (token) - от хоста к хосту. Только хост, владеющий маркером, получает право на передачу информации, что позволяет устранять коллизии пакетов.
По сути, Token Ring избегает коллизий за счет времени ожидания, так как каждому хосту приходится ждать своей очереди на передачу. Однако только этим все не ограничивается. Исключение коллизий пакетов в значительной степени способствует более полному использованию полосы пропускания. Token Ring использует до 75 % полосы пропускания, в то время как теоретический максимум использования у Ethernet составляет около 37 %. В первых реализациях Token Ring скорость передачи данных составляла 4 Мбит/с. Сейчас большинство локальных сетей с технологией Token Ring повысили свою скорость до 16 Мбит/с. Это не так много по сравнению со 100-мегабитным Fast Ethernet, но, как уже говорилось, Token Ring работает гораздо эффективнее, чем Ethernet.
Не стоит забывать, что деньги тоже имеют значение. Token Ring не стал лидирующим стандартом только потому, что имеет более высокие цены за трафик.
Организация локальных сетей Token Ring стоит дороже из-за технологической сложности механизма эстафетной передачи маркера и использования сетевых карт, которые передают пакеты в упорядоченном режиме.
Технология асинхронного
АТМ-технология отличается от технологии Ethernet и Token Ring тем, что является коммутируемой технологией, в которой виртуальные каналы устанавливаются до начала передачи. Ethernet и Token Ring не создают виртуальных каналов, более того, они отсылают сообщение хосту без предварительного уведомления, оставляя задачу определения оптимального маршрута маршрутизаторам.
Ячейки АТМ достаточно малы (53 байта) по сравнению с Ethernet-пакетами, имеющими размер от 64 до 1500 байт, поэтому их быстрее обрабатывать и легче осуществлять контроль.
Еще одной отличительной чертой АТМ является то, что эта технология разработана для оптоволоконных кабелей, работающих в технических условиях синхронных оптических сетей (Synchronous
Архитектура ATM-сетей эффективно использует полосу передачи для максимальных скоростей, на 75% превышая эффективность технологии Token Ring. Скорость передачи для большинства магистральных АТМ-сетей составляет 155 Мбит/с (ОС-3) или 622 Мбит/с (ОС-12). Скорость передачи для сильно нагруженных междугородных линий связи составляет 622 Мбит/с (ОС-12) и 2,488 Гбит/с (ОС-48).
Примечание. ОС определяет оптический носитель и является мерой скорости при передаче данных по оптоволоконным линиям.
Функциональные особенности вышеописанных сетевых технологий сильно отличаются друг от друга. Одни технологии являются более распространенными, другие - более дорогими, третьи - более эффективными. Хотя технологии Ethernet, АТМ, Frame Relay обладают уникальными функциями, у них есть одна общая черта - необходимость физического соединения между хостами, независимо от того, что их соединяет: медный кабель "витая пара" или оптическое волокно. Беспроводные локальные сети (
Технологической базой для работы беспроводных локальных сетей является стандарт IEEE 802.11. Он введен в эксплуатацию в начале 90-х годов прошлого века и применяется в нелицензированном диапазоне частот 2,4 ГГц. Первые версии стандарта 802.11 поддерживали скорость передачи данных от одного до двух
Появилась новая версия протокола 802.11а, работающая на скорости 54 Мбит/с, но она еще не завоевала такой популярности, как версия
Целью разработки стандарта 802.11а было следующее:
Примечание. Именно из-за третьего пункта IEEE выбрал в качестве рабочей частоты 2,4 ГГц. Это нелицензированная полоса частот, предназначенная для использования в промышленности, науке и медицине.
Архитектура беспроводных локальных сетей, работающих по стандарту 802.11, напоминает архитектуру сетей сотовой телефонной связи. Используя сетевую архитектуру, описанную ниже, беспроводные компьютерные сети пользуются преимуществами роуминга телефонных сетей, обеспечивая высокие скорости передачи данных.
Использование архитектуры сотовой связи позволяет беспроводным устройствам соединяться, разъединяться и совершать роуминг от ячейки к ячейке. Более подробная информация о работе беспроводных сетей в Windows XP Professional приведена в лекции 5.
Вычислительная сеть не ограничивается длиной кабеля пятой категории или диапазоном частот устройства, работающего по стандарту 802.11. Многие организации поддерживают связь со своими филиалами, находящимися на огромных расстояниях, с помощью технологий глобальной сетевой связи (Wide-Area Network, WAN). Эти технологии позволяют сетевым устройствам по всему земному шару подключаться к глобальной сети интернет.
Существует два основных вида WAN-технологий, с помощью которых удаленные пользователи и офисы устанавливают связь с сетью организации.
Независимо от вида WAN-соединения, для передачи данных между пользователями и офисами задействованы линии обычной телефонной связи. Различие заключается в использовании линии:
Примечание. Отрезок между домом (офисом) и коммутационной телефонной станцией традиционно называется "последней милей". Это самое узкое место, снижающее скорость WAN-соединения, поскольку эта инфраструктура не рассчитана на передачу больших объемов информации.
В последние годы термин "последняя миля" стал очень распространенным, поскольку популярность и важность интернета растет, а пользователи страдают из-за медлительности их домашних и рабочих соединений удаленного доступа. Высокая пропускная способность нужна очень многим, а не только подросткам, скачивающим музыку в формате МР3.
В этом разделе мы остановимся на технологиях, которые позволяют решить проблему "
Основное отличие технологии удаленного доступа и транк-технологии заключается в том, что соединение удаленного доступа является временным. По окончании сеанса связи пользователь кладет трубку, и соединение обрывается. Большинство телефонных линий в жилых домах являются аналоговыми, т. е. звук поступает в систему в виде звуковой волны. Для обмена данными между компьютерами посредством телефонной связи используются модемы (название является сокращением от модулятор/демодулятор). Модемы конвертируют двоичные сигналы в звуковые и осуществляют обратное преобразование. Поэтому во время дозвона до интернет-провайдера или отправки факса вы слышите характерные звуки, доносящиеся из этих устройств.
Аналоговые сети не так уж плохи, не будь они такими "медлительными". Низкие скорости обусловлены узостью полосы пропускания медного телефонного кабеля для прохождения акустического сигнала. И, если задуматься, это оправдано - ведь телефонная сеть создавалась для голосового общения, а не для пересылки данных. Поэтому даже самый быстрый модем работает со скоростью передачи данных 56 Кбит/с. На рисунке 1.7 показано сравнение пропускной способности сети при использовании различных скоростей и технологий.
(рис 1.7) Пропускная способность сетей, использующих различные технологииВысокоскоростными технологиями удаленного доступа, в которых используется существующая инфраструктура телефонной связи, являются цифровая сеть с комплексными услугами (Integrated Services
Технология ISDN была первым цифровым сервисом на дому. В связи с тем, что эта технология является цифровой, для ее использования дома или в небольшом офисе требуется специальное оборудование. К сожалению, доступность ISDN часто зависит от взаимного расположения пользователя и центральной телефонной станции, и поэтому не всегда возможна.
Интерфейс базового уровня. Технология ISDN создает множество каналов в одном соединении. Каналом называется путь передачи данных, который встраивается в телефонную линию наряду с другими каналами. Основным каналом является канал интерфейса базового уровня (Basic Rate Interface,
(рис 1.8) Канал интерфейса базового уровня предоставляет три цифровых каналаКаждый В-канал работает со скоростью 64 Кбит/с при
Интерфейс основного уровня. Существует еще один вид ISDN-каналов, который называется интерфейсом основного уровня (Primary Rate Interface,
Как и ISDN, технология DSL является цифровой технологией, которая работает на базе обычной телефонной сети. В DSL используются сложные алгоритмы модуляции сигналов для повышения пропускной способности в инфраструктуре "
В отличие от симметричной ISDN, технология DSL является асимметричной, т. е. скорость приема данных может быть гораздо выше скорости отправления, что очень нравится пользователям домашнего офиса, которые в основном стремятся получать информацию, а не отсылать ее. Существует несколько типов DSL.
Для DSL-соединения требуется специальное оборудование, как и для ISDN. DSL-модемы разделяют сигналы на два канала: принимающий и передающий. При использовании технологии DSL
(рис 1.9) Высокую пропускную способность DSL-модема обеспечивает разделение трафика на два канала, работающих в разных направленияхЕсли мысль о передаче высокоскоростных данных через телефонную линию кажется вам невыносимой, то знайте, что есть варианты преодоления "
В зависимости от пакетов услуг, предлагаемых компанией, вы можете рассчитывать на скорость получения данных от 384 Кбит/с до нескольких миллионов бит в секунду. Слабым местом кабельных модемов является то, что они используют информационный канал наравне с соседними пользователями. Будет замечательно, если вы окажетесь единственным обладателем кабельного модема. Однако при наличии других пользователей, подключающихся к сети, скорость передачи данных резко снижается.
Спутниковая связь. Основными ограничительными факторами на пути решения проблемы "
Выше уже говорилось о том, что транк - это высокопроизводительный канал связи, соединяющий две точки, каждая из которых является коммутационным узлом. Такие каналы не обязательно работают только на междугородных и городских линиях, их можно устанавливать внутри зданий и студенческих городков.
А теперь давайте рассмотрим соединения Т1, Т3 и технологию Frame Relay.
Т1 и Т3 являются наиболее распространенными технологиями для арендуемых линий в Северной Америке и Японии. Арендуемые линии являются линиями связи (или фрагментами линий), которые резервируются для использования организациями за определенную плату.
Наиболее популярной технологией цифровых линий является Т1. Она использует телекоммуникационную схему мультиплексирования с временным разделением (time-
Линии Т3 являются более надежным вариантом линий Т1 и обеспечивают скорость передачи данных в 45 Мбит/с. Технологии Т3 обычно используются крупными поставщиками услуг интернет-связи для более мелких провайдеров. Линию Т3 можно разбивать на отдельные сегменты, и это очень удобно, поскольку пропускная способность и цена за использование такой линии слишком велики для одной организации.
И напоследок рассмотрим технологию ретрансляции кадров Frame Relay. Ретрансляция кадров применяется для передачи данных в крупных сетях, как, например, региональная телефонная компания ATT. На рисунке 1.10 показано, как технология Frame Relay использует линии телефонной связи для соединения с удаленными точками.
(рис 1.10) Технология Frame Relay эффективна для нестационарного трафикаС точки зрения стоимости технология ретрансляции кадров выглядит достаточно привлекательно. Она получила свое название в связи с тем, что данные конвертируются в кадры (фреймы) переменной длины. Работа сети ускоряется из-за того, что управление сеансами связи и исправление ошибок возлагается на узлы, расположенные в сети.
Пользователи арендуют постоянный
Пользователи линий Frame Relay оплачивают использование канала связи в зависимости от времени, проведенного в сети, в контракте они могут также установить перечень платных услуг, предоставляемых компанией.
Сети Frame Relay базируются на каналах Т1 и Т3, управляемых оператором сети. Использование сетей с ретрансляцией кадров целесообразно в том случае, если объем передаваемой информации не очень велик.
Говорить о работе сетей можно много и долго. Только об основных функциях сетевых соединений можно написать целые тома. Нашей целью являлось обсуждение базовых моментов сетевого и межсетевого взаимодействия. Эти сведения необходимы для дальнейшей работы с Windows XP Professional.
Для получения официальных документов о завершении программы дополнительного профессионального образования (удостоверения о повышении квалификации, дипломов о профессиональной переподготовке и MBA) необходимо предоставить:
Внимание! Вы можете не заказывать доставку бумажной версии официального документы, а скачать его в электронном виде и распечатать самостоятельно. Информация о выданном документе в течение 1 месяца загружается в Федеральную информационную систему «Федеральный реестр сведений о документах об образовании и (или) о квалификации, документах об обучении» - ФИС ФРДО.
Доступ на новый сайт осуществляется с использованием адреса электронной почты, который был указан вами при регистрации на "старом". Мы постарались перенести все ваши данные с прежнего ресурса, однако не исключена вероятность потери части информации.
При возникновении проблемы со входом, воспользуйтесь функцией сброса пароля
Если вы обнаружите несоответствия, пожалуйста, сообщите нам.