WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
-- [ Страница 1 ] --

ББК 32.973.26-018.2.75 А61 УДК 681.3.07 Издательский дом "Вильяме" Зав. редакцией С. Н. Тригуб Перевод с английского и редакция А.А. Голубченко

По общим вопросам обращайтесь в Издательский дом "Вильяме" адресу:

info@williamspublishing.com, http://www.williamspublishing.com Амато, Вито.

А61 Основы организации сетей Cisco, том 1. : Пер. с англ. — М. : Издательский - дом "Вильяме", 2002. — 512 е. : ил. — Парад, тит. англ.

ISBN 5-8459-0258-4 (рус.) Данная книга является учебным пособием по курсу "Основы организации сетей Cisco, часть 1" и соответствует учебному плану версии 2.1 Сетевой академии Cisco. В ней изложены основы построения IP-сетей на базе маршрутизаторов Cisco и описаны способы конфигурирования маршрутизаторов. В книге рассмотрены основополагающие вопросы теории сетей, в частности, ' эталонная модель OSI, физические основы передачи данных и сигналов, IP-» адресация, технология Ethernet и много другое.

Большое внимание уделяется поиску неисправностей и устранению конфликтов в сети. Книга рекомендуется для подготовки к тесту CCNA и сертификационному экзамену CompTIA Net+.

ББК 32.973.26-018.2. Все названия программных продуктов являются зарегистрированными торговыми марками соответствующих фирм.

Никакая часть настоящего издания ни в каких целях не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами, будь то электронные или механические, включая фотокопирование и запись на магнитный носитель, если на это нет письменного разрешения издательства Cisco Press.

Authorized translation from the English language edition published by Cisco Press, Copyright © All rights reserved. No part of this book may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording or by any information storage retrieval system, without permission from the Publisher.

Russian language edition published by Williams Publishing House according to the Agreement with R&I Enterprises International, Copyright © © Издательский дом "Вильяме", ISBN 5-8459-0258-4 (рус.) ISBN 1-58713-004-] (англ.) © Cisco Press, Оглавление Глава 1. Организация сети и эталонная модель OSI Глава 2. Физический и канальный уровни Глава 3. Сетевые устройства Глава 4. Глобальные и локальные сети Глава 5. IP-адресация Глава 6. АКР и RARP Глава 7. Топологии Глава8.Структурированная кабельная система и электропитание в сетях Глава 9. Уровни приложений, представлений, сеансовый и транспортный Глава 10. Протокол TCP/IP Глава 11. Сетевой уровень и маршрутизация Глава 12. Пользовательский интерфейс маршрутизатора и режимы Глава 13. Вывод информации о конфигурации маршрутизатора Глава 14. Запуск маршрутизатора и его начальное конфигурирование Глава 15. Конфигурирование маршрутизатора Глава 16. Источники загрузки ОС IOS Глава 17. Конфигурирование IP-адресов интерфейсов маршрутизатора Глава 18. Конфигурирование маршрутизатора и протоколы маршрутизации RIP и IGRP Глава 19. Управление сетью Приложение А. Список видеороликов Приложение Б. Сводные данные о командах Приложение В. Ответы на контрольные вопросы Приложение Г. Основы компьютерной техники Приложение Д. Основы электроники и сигналы Приложение Е. Формирование сигналов и передача данных Приложение Ж. Преобразование в двоичную и шестнадцатеричную систему счисления Приложение 3. Поиск и устранение неисправностей в сетях Словарь терминов Указатель англоязычных терминов Предметный указатель Содержание Введение Глава 1. Организация сети и эталонная модель OSI Введение Организация сети С чего все начиналось Локальные сети Глобальные сети Потребность в стандартах Эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI) Зачем нужна многоуровневая сетевая модель Семь уровней эталонной модели OSI Уровень 7 (уровень приложений) Уровень 6 (уровень представлений) Уровень 5 (сеансовый) Уровень 4 (транспортный) Уровень 3 (сетевой) Уровень 2 (канальный) Уровень 1 (физический) Одноранговая модель взаимодействия Инкапсулирование данных Резюме Контрольные вопросы Глава 2. Физический и канальный уровни Введение Физический уровень Среда передачи данных Коаксиальный кабель Неэкранированная витая пара Экранированная витая пара Оптоволоконный кабель Выбор типа среды передачи данных Канальный уровень МАС-адреса Сетевые адаптеры Резюме Контрольные вопросы Глава 3. Сетевые устройства Введение Повторители Использование повторителей для увеличения протяженности сети Использование повторителей для увеличения числа узлов сети Концентраторы Мосты Маршрутизаторы Резюме Контрольные вопросы Глава 4. Глобальные и локальные сети Введение Локальные вычислительные сети Сетевые стандарты Ethernet и ШЕЕ 802. ЛВС и физический уровень ЛВС и канальный уровень Как работает сеть Ethernet/802 Широковещание в сети Ethernet/802 ЛВС и сетевой уровень Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов Глобальные сети Устройства глобальных сетей Стандарты глобальных сетей Глобальные сети и физический уровень Глобальные сети и канальный уровень HDLC Frame Relay РРР ISDN Резюме Контрольные вопросы Глава 5. IP-адресация Введение Обзор адресации Двоичная система счисления Двоичная IP-адресация Классы IP-адресов Зарезервированные классы сетей Адресация подсетей Адреса в подсети, зарезервированные для широковещания Адреса в подсети, зарезервированные для номеров подсетей Маскирование подсетей Операция AND Планирование подсетей Пример планирования подсетей в сетях класса В Пример планирования подсетей в сетях класса С Резюме Контрольные вопросы Глава 6. ARP и RARP Введение ARP ARP-запросы ARP-ответы ARP-таблииы RARP RARP-запросы RARP-ответы Маршрутизаторы и ARP-таблицы Шлюз по умолчанию Резюме Контрольные вопросы Глава 7. Топологии Введение Топология Шинная топология Передача сигнала в сети с шинной топологией Преимущества и недостатки шинной топологии Топология "звезда" Преимущества и недостатки топологии "звезда" Область покрытия сети с топологией "звезда" Топология "расширенная звезда" Резюме Контрольные вопросы Глава 8. Структурированная кабельная система и электропитание в сетях Введение Стандарты сетевых сред передачи данных Стандарты EIA/TIA-568B Горизонтальная кабельная система Спецификации на кабельную систему Гнездовые разъемы телекоммуникационного выхода Разводка Запрессовочные приспособления Прокладка кабелей Документирование и маркировка Помещение для коммутационного оборудования Магистральная кабельная система Коммутационные панели Порты коммутационной панели Структура разводки коммутационной панели Тестирование кабельной системы Кабельные тестеры Карты соединений Электропитание Заземление Опорная земля сигналов Влияние электрического шума на цифровые сигналы Подавители перенапряжения Перебои электропитания Источники бесперебойного питания Резюме Контрольные вопросы Глава 9. Уровни приложений, представлений, сеансовый и транспортный Введение Уровень приложений Уровень представлений Сеансовый уровень Транспортный уровень Управление потоком Установление соединения с одноранговой системой Работа с окнами Подтверждение Резюме Контрольные вопросы Глава 10. Протокол TCP/IP Введение Краткое описание протокола TCP/IP Группа протоколов TCP/IP TCP/IP и уровень приложений TCP/IP и транспортный уровень Формат сегмента протокола TCP Номера портов Открытое TCP-соединение с трехсторонним квитированием Простое подтверждение и работа с окнами в протоколе TCP Скользящие окна в протоколе TCP Порядковые номера и номера подтверждений в протоколе TCP Формат сегмента в протоколе UDP TCP/IP и межсетевой уровень IP-дейтаграмма Протокол ICMP Проверка пункта назначения с помощью протокола ICMP Протокол ARP Протокол RARP Резюме Контрольные вопросы Глава 11. Сетевой уровень и маршрутизация Введение Маршрутизаторы Cisco Основные характеристики сетевого уровня Определение пути сетевым уровнем Путь коммуникации Адресация: сеть и хост-машина Маршрутизация с использованием сетевых адресов Протоколы маршрутизации и маршрутизируемые протоколы Операции, выполняемые протоколом сетевого уровня Многопротокольная маршрутизация Статические и динамические маршруты Пример статического маршрута Пример маршрута по умолчанию Адаптация к изменениям топологии Операции динамической маршрутизации Представление расстояния с помощью метрики Протоколы маршрутизации Алгоритмы маршрутизации по вектору расстояния Алгоритм маршрутизации по вектору расстояния и исследование сети Алгоритм маршрутизации по вектору расстояния и изменения топологии Проблема- маршрутизация по замкнутому кругу Проблема: счет до бесконечности Решение: задание максимального значения Решение: расщепление горизонта Решение: таймеры удержания Алгоритмы маршрутизации с учетом состояния канала связи Режим исследования сети в алгоритмах с учетом состояния канала Обработка изменений топологии в протоколах маршрутизации с учетом состояния канала связи Моменты, которые требуют внимания Проблема: обновление информации о состоянии каналов связи Решение: механизмы учета состояния канала связи Сравнение маршрутизации по вектору расстояния и маршрутизации с учетом состояния канала связи Сбалансированная гибридная маршрутизация Базовые процессы маршрутизации Маршрутизация из одной локальной сети в другую Маршрутизация из локальной сети в глобальную Резюме Контрольные вопросы Глава 12. Пользовательский интерфейс маршрутизатора и режимы Введение Краткое описание интерфейса пользователя Вход в систему маршрутизатора: межсетевая операционная система компании Cisco (IOS) Команды пользовательского режима Команды привилегированного режима Функции команды help Применение команд редактирования Просмотр истории команд Резюме Контрольные вопросы Глава 13. Вывод информации о конфигурации маршрутизатора Введение Компоненты маршрутизатора, участвующие в конфигурировании, и режимы работы маршрутизатора Внешние источники конфигурации Внутренние компоненты маршрутизатора, участвующие в конфигурировании Рабочее хранение информации в ОЗУ Режимы маршрутизатора Проверка состояния маршрутизатора с помощью команд просмотра статуса Команды show rurming-config и show startup-config Команда show interfaces Команда show version Команда show protocols Получение доступа к другим маршрутизаторам с помощью протокола Cisco Discovery Protocol Вывод записей протокола CDP о соседних устройствах Пример конфигурирования протокола CDP Вывод CDP-записи для конкретного устройства Вывод данных о CDP-соседях Базовое тестирование взаимодействия в сети Тестирование уровня приложений с помощью команды telnet Проверка сетевого уровня с помощью команды ping Проверка сетевого уровня с помощью команды trace Применение команды show ip route для проверки сетевого уровня Проверка физического и канального уровней с помощью команды show interfeces serial Резюме Контрольные вопросы Глава 14. Запуск маршрутизатора и его начальное конфигурирование Введение Процедуры запуска межсетевой операционной системы Cisco (ОС IOS) Последовательность запуска Команды режима запуска Начальная установка: диалог конфигурирования системы Установка глобальных параметров Начальная установка параметров интерфейсов Сценарий начальной установки и его использование Резюме Контрольные вопросы Глава 15. Конфигурирование маршрутизатора Введение Конфигурирование маршрутизатора Использование TFTP-сервера Использование энергонезависимой памяти в маршрутизаторах, работающих под управлением ОС IOS версии 10. Использование энергонезависимой памяти в маршрутизаторах, работающих под управлением ОС IOS версии 11. Краткие сведения о режимах маршрутизатора Режимы конфигурирования Режим протокола IP-маршрутизации Режим конфигурирования интерфейса Примеры конфигурирования интерфейса Методы конфигурирования Конфигурирование версии, предшествующей версии 11. Конфигурирование паролей Резюме Контрольные вопросы Глава 16. Источники загрузки ОС IOS Введение Обнаружение местоположения ОС IOS Значения в регистре конфигурирования Команда show version Варианты начальной загрузки программного обеспечения Подготовка к работе с TFTP-сервером Команда show flash Правила именования ОС IOS Создание резервных копий образов программного обеспечения Обновление версии образа по сети Резюме Контрольные вопросы Глава 17. Конфигурирование IP-адресов интерфейсов маршрутизатора Введение Краткие сведения о ТСР/1Р-адресах Концепции конфигурирования IP-адресов Адреса хост-машин Пример разбиения на подсети Адрес широковещания Конфигурирование IP-адресов IP-имена хост-машин Конфигурирование сервера имен Схемы отображения "имя—адрес" Вывод информации об именах хост-машин Верификация конфигурации адресов Команда telnet Команда ping Расширенная команда ping Команда trace Резюме Контрольные вопросы Глава 18. Конфигурирование маршрутизатора и протоколы маршрутизации RIP и IGRP Введение Начальное конфигурирование маршрутизатора Начальная таблица IP-маршрутизации Конфигурирование статических маршрутов Пример статического маршрута Конфигурирование маршрута по умолчанию Пример маршрута по умолчанию Протоколы внутренней или внешней маршрутизации Задачи, связанные с конфигурированием IP-маршрутизации Конфигурирование динамической маршрутизации Протокол RIP Пример конфигурирования протокола RIP Мониторинг IP-маршрутизации Вывод содержимого таблицы IP-маршрутизации Протокол IGRP Пример конфигурирования протокола IGRP Резюме Контрольные вопросы Глава 19. Управление сетью Введение Первые шаги в управлении сетью Инвентаризационная ревизия Ревизия установленного оборудования Карта сети Ревизия эксплуатации Программные средства для управления сетью Протокол SNMP Протокол CMIP Мониторинг сети Ревизия эффективности Ревизия средств защиты Сетевые анализаторы Решение проблем в сети Документирование проблем в сети Анализ и решение проблем в сети Процедуры устранения неполадок Оценки производительности сети Процедуры выполнения изменений в сети Резюме Контрольные вопросы Приложение А. Список видеороликов Приложение Б. Сводные данные о командах Приложение В. Ответы на контрольные вопросы Приложение Г. Основы компьютерной техники Составляющие компьютера Мелкие дискретные компоненты Подсистемы персонального компьютера Элементы задней стенки Платы сетевого интерфейса Компоненты портативных компьютеров Программное обеспечение Броузеры Интегрируемые программные модули Офисные прикладные программы Сети Полоса пропускания Резюме Приложение Д. Основы электроники и сигналы Основы электричества Типы электрических материалов Изоляторы Проводники Полупроводники Измерение электричества Напряжение Ток Сопротивление Импеданс Электрическая земля Простая цепь Резюме Приложение Е. Формирование сигналов и передача данных Сигналы и шумы в коммуникационных системах Сравнение аналоговых и цифровых сигналов Использование цифровых сигналов для построения аналоговых сигналов Представление одного бита в физической среде Распространение Аттенюация Отражение Шум Дисперсия, неустойчивая синхронизация и запаздывание (проблемы синхронизации) Конфликты Сообщения в терминах битов Кодирование сетевых сигналов Кодирование и модуляция Резюме Приложение Ж. Преобразование в двоичную и шестнаддатеричную систему счисления Предварительные сведения Как узнать, какое основание имеется в виду?

Некоторые факты Принятые способы указания на величину основания Работа с показателями степени Двоичные числа Преобразование десятичного числа в двоичное Счет в двоичной системе Четные и нечетные числа Шестнадцатеричные числа Преобразование десятичного числа в шестнадцатеричное Преобразование шестнадцатеричного числа в двоичное Практические упражнения Приложение 3. Поиск и устранение неисправностей в сетях Лабораторные работы по устранению неисправностей, которые выполняются во втором семестре обучения Общая модель поиска и устранения неисправностей Практическое применение модели поиска и устранения неисправностей Словарь терминов Указатель англоязычных терминов Предметный указатель О редакторе серии Вито Амато (Vito Amato) — старший технический автор во Всемирной образовательной системе компании Cisco. В свое время он работал директором по информационным технологиям отдела образования штата Аризона. Степень доктора философии Вито получил в Аризонском государственном университете, где специализировался на разработке учебных курсов и методичек, ориентированных на среду учебного процесса и применение в нем компьютеров. В настоящее время Вито преподает в Аризонском государственном университете теорию и практику заочного обучения. В течение трех последних лет Вито был вовлечен в планирование, написание и внедрение программы Сетевой академии Cisco. Основное внимание в ходе своей исследовательской, писательской и преподавательской деятельности Вито уделяет внедрению информационных технологий в среду преподавания и обучения.

Благодарности редактора серии Данная книга была бы невозможна без четкого видения стоявших целей и самоотверженности Джорджа Варда (George Ward), Кевина Уорнера (Kevin Warner), Алекса Белу (Alex Belous), Дэвида Александера (Devid Alexander) и всей группы, которая занимается разработкой учебных курсов. Мне хотелось бы высказать слова признательности за их поддержку, которая не только сделала эту книгу реальностью, но и вдохнула жизнь в программу Сетевой академии Cisco, в рамках которой, собственно, и была создана данная книга. Мне также хотелось бы поблагодарить Джая Госина (Jai Gosine) и Денниса Фреззо (Dennis Frezzo), глубокое знание предмета которых позволило мне организовать материал книги. Кроме того, хотелось бы поблагодарить Уэйна Левиса (Wayne Lewis), обновившего устаревшие данные. Уэйн является координатором учебного центра Академии Cisco при городском общеобразовательном колледже Гонолулу. Он также занимается обучением ин структоров для Академии Cisco в Японии, Индонезии, Гонконге, США и на Тайване. В 1992 году Уэйн получил звание доктора философии в области математики Гавайского университета. Он является сертифицированным специалистом Cisco по сетям и проектированию, а также сертифицированным инструктором Академии Cisco и специалистом Microsoft. В свободное время Уэйн занимается серфингом на северном побережье Оаху. И, конечно же, я хотел бы поблагодарить свою жену Бонни и моих детей Тори, Майкла, Мет-тью и Лауру за их терпение и поддержку.

Данная книга является результатом синтеза и интеграции многих публикаций Cisco образовательного характера. И мне хотелось бы поблагодарить всю команду по разработке маркетинга системы образования за их вклад в это издание И, наконец, я хотел бы поблагодарить сотрудников издательства Cisco Press в лице Дейва Дастимера (Dave Dusthimer), Ами Левис (Amy Lewis) и Китти Джаррет (Kitty Jarrett), которые провели меня через весь процесс издания этой книги.

О технических рецензентах Рецензенты внесли свой огромный практический опыт в процесс разработки первого тома книги Основы организации сетей Cisco. По мере написания книги они просматривали все материалы с точки зрения технического содержания, организации и подачи. Сделанные ими замечания оказали критически важное влияние на то, чтобы эта книга удовлетворяла потребность наших читателей в высококачественной технической информации.

Дениз Хойт (Denise Hoyt) 16 лет была преподавателем. Степень бакалавра получила в Калифорнийском государственном университете, Чико, а степень магистра по ад министрированию — в университете Редлендса. Летом 1998 года она прошла сертифицирование на звание инструктора по программе Сетевой академии Cisco и в конце этого же года заняла пост регионального координатора академии Cisco Systems в округе Сан-Бернардино. Дениз также работает координатором округа в области технологий и преподает курс по программе Сетевой Академии Cisco в средней школе в Юкаипо, штат Калифорния.

Марк Мак-Грегор (Mark McGregor) — сертифицированный специалист Cisco по сетевому администрированию и инструктор по программе Сетевой академии Cisco в колледже в Лос-Меданос и в школе для взрослых в Антиоке, Северная Калифорния. Имеет степень бакалавра по английскому языку университета штата Калифорния. В течение пяти лет преподавал в государственных школах, занимаясь главным образом обучением трудных подростков и альтернативным образованием.

Уэйн Ярвимаки (Wayne Jarvimaki) — сертифицированный специалист Cisco по сетевому администрированию и инструктор по программе Сетевой академии Cisco, а также инструктор и директор программы регионального учебного центра компании Cisco в Северном Сиэтле.

Занимается обучением региональных инструкторов и инструкторов для регионального учебного центра Cisco с 1989 года. Как инструктор в области создания сетей он занимался разработкой программы обучения сертифицированных и дипломированных специалистов Cisco в общественном колледже Северного Сиэтла. Уэйн также состоит в группе рецензентов учебных курсов Сетевой академии Cisco.

Предисловие Компания Cisco создала систему интерактивного обучения, которая интегрирует мультимедийную доставку курса по теории и практике создания сетей с тестированием, оценкой профессиональных навыков на основе выполнения практических заданий и сообщением результатов через Web-интерфейс.

Программа Основы организации сетей Cisco выходит за рамки традиционных компьютерных учебных программ, помогающих обучающимся получить практические знания и навыки в области создания сетей с использованием среды, близко соответствующей реальной обстановке, в которой приходится работать при организации сети. В процессе изучения принципов и практических реализаций сетевых технологий вы будете работать с архитектурой и инфраструктурными элементами технологии создания сетей.

Главное в программе Основы организации сетей Cisco — это интеграция в учебный процесс ориентированного на Web сетевого курса. Как результат, программа Основы организации сетей Cisco дает средства для динамического обмена информацией за счет предоставления набора услуг, которые заново определяют способы распространения средств обучения, что, в свою очередь, приводит к возникновению сети интерактивно взаимодействующих друг с другом участников процесса обучения, разбросанных по всему миру.

От издательства Вы, читатель этой книги, и есть главный ее критик и комментатор. Мы ценим ваше мнение и хотим знать, что было сделано нами правильно, что можно было сделать лучше и что еще вы хотели бы увидеть изданным нами. Нам интересно услышать и любые другие замечания, которые вам хотелось бы высказать в наш адрес.

Мы ждем ваших комментариев и надеемся на них. Вы можете прислать электронное письмо или просто посетить наш Web-сервер, оставив свои замечания, — одним словом, любым удобным для вас способом дайте нам знать, нравится или нет вам эта книга, а также выскажите свое мнение о том, как сделать наши книги более подходящими для вас.

Посылая письмо или сообщение, не забудьте указать название книги и ее авторов, а также ваш e-mail. Мы внимательно ознакомимся с вашим мнением и обязательно учтем его при отборе и подготовке к изданию последующих книг. Наши координаты:

E-mail: info@ciscopress.ru http://www.ciscopress.ru Введение Первый том книги Основы организации сетей Cisco задуман как дополнение к классным и лабораторным занятиям студентов, изучающих интерактивный курс Сетевой академии Cisco версии 2.1.

В отсутствие курса эта книга помогает получить углубленные знания основ теории и практики создания сетей и основ конфигурирования маршрутизаторов. Настоящее издание включает дополнительный материал, который был недавно добавлен в интерактивный курс. В состав данного введения также включена подробная таблица соответствия, которая поможет студентам и преподавателям найти нужный материал для дополнительного чтения по темам соответствующих глав учебного курса версии 2,1. Если читатель не является студентом Сетевой Академии, он может пропустить эту таблицу.

Первый семестр курса версии 2.1 полностью посвящен модели OSI и только в середине рассматривается понятие структурированной кабельной системы. С учетом этих изменений в книгу включены приложение Г, "Основы компьютерной техники", содержащее основополагающие сведения, существенные для освоения курса, приложения Д, "Основы электроники и сигналы", и Е, "Формирование сигналов и передача данных", которые разъясняют материал разделов курса, посвященных средам передачи данных и основам электроники. Приложение Ж, "Преобразование в двоичную и шестнадцатеричную систему счисления", отражает присутствующие в курсе элементы двоичной и шестнадцатеричной математики, преподаваемые отдельно от IP-адресации, чтобы дать студентам время освоить эту математику до ее практического применения. Для поддержки курса в книгу также введено приложение 3, "Поиск и устранение неисправностей в сетях".

И наконец, цель — этой книги подготовить читателя не только к тестированию и сдаче квалификационного экзамена на звание сертифицированного Cisco сетевого администратора, но и к сдаче квалификационного экзамена на звание специалиста по сетям в рамках программы сертифицирования CompTIA Net+. Знание и понимание модели OSI являются абсолютно необходимыми для всех студентов, специализирующихся в области создания сетей, которые готовятся к сдаче экзамена на звание сертифицированного Cisco сетевого администратора. Наряду с разделом об Ethernet, который важен для понимания доминирующей в мире технологии локальных сетей, также важными для сдачи этого экзамена являются разделы, посвященные конфликтам и сегментированию. Главы, посвященные теме IP-адресации, являются, вероятно, наиболее трудными с концептуальной точки зрения, но, тем не менее, это очень важные главы, и особенно для сдачи экзамена на звание сертифицированного сетевого администратора. Наконец, если вы ищете работу, связанную с созданием сетевых кабельных систем, то критически важно хорошо усвоить материал глав, посвященных структурированным кабельным системам и системам электропитания в сети.

Таблица соответствия для учебного курса Если вы студент Сетевой академии, то интерактивный курс представляет собой наиболее динамичную часть программы Сетевой академии. Предполагается, что изучение каждой главы читатель начинает с интерактивного материала, а затем переходит к печатным материалам. Чтобы получить наибольшую отдачу от различных компонентов программы, используйте настоящую таблицу соответствия.

Интерактивный курс Основы организации сетей Cisco, том 1 Сборник заданий и методичка по курсу "Основы организации сетей Cisco", том Глава Название Глава Название Глава Название Основы Приложение Г Основы Основы вычис 1 вычислительно компьютерной лительной техники й техники техники Модель OSI Организация сети и Модель OSI 2 1 эталонная модель OSI Локальные Организация сети и ЛС 3 1 сети эталонная модель OSI Сетевые устройства ЛС: уровни 1- 3 Глобальные и локальные сети Основы Приложение Д Основы электроники Основы электроники и 4 электроники и и сигналы сигналы сигналы Соединения в 2 Физический и Уровень 1: сетевые 5 средах переда- канальный уровни среды передачи данных чи данных и конфликты Уровень 2: Физический и Уровень 2: канальный 6 2 концепции канальный уровни Уровень 2: Глобальные и Уровень 2: технологии 7 4 технологии локальные сети Проектировани 8 Структурированная Проектирование и 8 еи кабельная система и документирование документиро- электропитание в вание сетях Проект Структурированная Структурированная 9 8 структу- кабельная система и кабельная система рированной электропитание в кабельной сетях системы Уровень 3: Уровень 3:

10 5 IP-адресация маршрутизаци маршрутизация и я и адресация адресация Топологии Сетевой уровень и маршрутизация Приложение Ж Преобразование в двоичную и шеснадцатеричную систему счисления Уровень 3 Сетевой уровень и Уровень 3. протоколы 11 11 протоколы маршрутизация маршрутизации мар шрутизации Уровень 4. Уровни приложений, 12 Уровень 12 9 4' транспортный представлений, транспортный сеансовый и транспортный Уровни 4- Протокол TCP/IP Уровень 5. Уровни приложений, 13 Уровень 5: сеансовый 13 сеансовый представлений, сеансовый и транспортный Уровни 4- Уровень 6. Уровни приложений, 14 Уровень 6 уровень 14 уровень представлений, представлений представлений сеансовый и транспортный Уровни 4- Уровень 7: Уровни приложений, 15 Уровень 7: уровень 15 уровень представлений, приложений приложений сеансовый и транспортный Уровни 4- Второй семестр Краткий обзор Организация сети и Краткий обзор модели 1 1 эталонная модель OSI OSI Маршрутизатор 4 Глобальные и Глобальные сети 2 ы локальные сети Вывод информации о 20 Маршрутизация конфигурации маршрутизатора Использование 12 П ол ьзовател ьски и Использование 3 маршрутизатора интерфейс маршру- маршрутизатора тизатора и режимы Составляющие 13 Вывод информации о 22 Составляющие маршрутизатора конфигурации маршрутизатора маршрутизатора Запуск и Запуск маршрутиза- Запуск и начальная 5 14 начальная тора и его начальное настройка маршрути настройка конфигурирование затора маршрутизатора Конфигурирова- 15 Конфигурирование Конфигурирование 6 ние маршрутизатора маршрутизатора маршрутизатора Источники загрузки 7 OC IOS 16 OC IOS OC IOS Индивидуальна я работа по конфи гурированию Протокол Протокол TCP/IP Протокол TCP/IP 9 10 TCP/IP Конфигурирование 10 IP-адресация 17 27 IP-адресация IP-адресов интерфейсов мар шрутизатора Маршрутизация 11 Сетевой уровень и Маршрутизация 11 маршрутизация Протоколы мар- 18 Конфигурирование Протоколы 12 шрутизации маршрутизатора и маршрутизации протоколы маршру тизации RIP и IGRP Особенности книги Многие элементы этой книги облегчают понимание излагаемых в ней вопросов по теории и практике создания сетей и маршрутизации.

• Цели главы. В начале каждой главы приводится перечень целей, которые должны быть достигнуты к концу изучения конкретной главы. Кроме того, в перечне упоминаются объясняемые в этой главе понятия, что позволяет использовать его в качестве средства систематизации.

• Рисунки, листинги и таблицы. В книге содержатся рисунки, листинги и таблицы, которые помогают в объяснении теоретических вопросов, понятий и команд, а также смысла последовательностей начального конфигурирования;

они подкрепляют разъяснения концепций и помогают визуализировать содержание излагаемого в главе материала. Кроме того, листинги и таблицы содержат сводные данные о командах и их описания, примеры выводимой на экран информации, а также включают информацию практического и теоретического характера.

• Резюме глав. В конце каждой главы кратко изложены описываемые в ней концепции и понятия;

по сути — это конспективное изложение содержания главы, которое помогает в освоении материала.

• Контрольные вопросы. После резюме в каждой главе даются 10 контрольных вопросов, которые позволят оценить качество усвоения материала. Кроме того, вопросы подкрепляют объяснение концепций, введенных в главе, и помогают проверить уровень понимания перед переходом к изучению новой темы.

Условные обозначения В этой книге используются следующие условные обозначения.

• Важные или новые термины выделяются курсивом.

• Все примеры кода даются шрифтом courier, при этом различные элементы кода приводятся с использованием следующих условных обозначений.

- Команды и ключевые слова набраны полужирным шрифтом.

- Названия аргументов, которые замещают собой значения, вводимые пользователем, показаны курсивом.

- Квадратные скобки ([ ]) указывают на опционный характер ключевых слов или аргументов.

- Фигурные скобки ({ }) указывают на обязательность выбора какого-либо из приведенных значений.

- Вертикальные черточки ( ) используются для разделения значений для выбора.

Структура книги Книга содержит 19 глав, 8 приложений и словарь терминов.

Глава 1, "Организация сети и эталонная модель OSI", посвящена обсуждению сетевых терминов и концепций, а также определению понятий локальной и глобальной сетей. Кроме того, в ней рассматриваются семиуровневая эталонная модель взаимодействия открытых систем (модель OSI) и процесс обмена информацией между нижними уровнями модели.

В главе 2, "Физический и канальный уровни", представлены функции сети, реализуемые на физическом и канальном уровнях эталонной модели OSI, а также различные типы сетевых сред передачи данных, которые используются на физическом уровне. Кроме того, в ней обсуждается тот факт, что доступ к сетевой среде передачи данных происходит на канальном уровне модели OSI, и то, каким образом данные находят в сети свой пункт назначения.

В главе 3, "Сетевые устройства", описаны сетевые устройства, которые могут использоваться для фильтрации трафика сети и уменьшения размеров больших доменов конфликтов, представляющих собой области, в которых есть вероятность того, что пакеты будут мешать друг другу.

В главе 4, "Глобальные и локальные сети", представлены технологии локальных и глобальных сетей, а также сетевые устройства, которые работают на физическом, канальном и сетевом уровнях модели OSI.

Глава 5, "IP-адресация", посвящена описанию структуры IP-адресов и трех классов сетей, определяемых в соответствии со схемами IP-адресации, а также описаны IP-адреса, которые выделены ARIN в отдельную группу и не могут быть присвоены какой-либо сети. Наконец, в ней рассматриваются подсети и маски подсетей, описываются схемы их IP-адресации.

В главе 6, "ARP и RARP", рассматриваются устройства локальной сети, которые перед переадресацией пакетов в пункт назначения используют протокол преобразования адресов (ARP).

Кроме того, рассматривается ситуация, когда устройство, находящееся в одной сети, не знает МАС адреса устройства, находящегося в другой сети.

В главе 7, "Топологии", описываются топологии, которые используются при создании сетей.

Глава 8, "Структурированная кабельная система и электропитание в сетях", посвящена структурированным кабельным системам и электрическим спецификациям для локальных сетей, а также способам прокладки кабелей и подачи электропитания в сетях, находящихся в зданиях.

В главе 9, "Уровни приложений, представлений, сеансовый и транспортный", рассматриваются четыре верхних уровня эталонной модели OSI. Подробно описываются процессы, используемые на транспортном уровне для обеспечения надежной доставки данных и эффективного управления их потоком.

В главе 10, "Протокол TCP/IP", описываются протокол управления передачей/межсетевой протокол (TCP/IP) и его работа по обеспечению обмена данными в произвольном множестве соединенных между собой сетей.

Глава 11, "Сетевой уровень и маршрутизация", посвящена вопросам применения и работы маршрутизаторов при реализации ключевых функций межсетевого взаимодействия сетевого уровня эталонной модели OSI.

В главе 12, "Пользовательский интерфейс маршрутизатора и режимы", рассматривается роль сетевого администратора в эксплуатации маршрутизатора таким образом, чтобы обеспечить рациональную и эффективную доставку данных в сети.

В главе 13, "Вывод информации о конфигурации маршрутизатора", описаны корректные процедуры и команды доступа к маршрутизатору, команды для проверки и обслуживания его составных частей, а также для проверки его способности обеспечить соединения в сети.

В главе 14, "Запуск маршрутизатора и его начальное конфигурирование", объясняется порядок запуска маршрутизатора при его первом включении путем применения корректных команд и запускающей последовательности начального конфигурирования маршрутизатора.

В главе 15, "Конфигурирование маршрутизатора", объясняется использование режимов маршрутизатора и методов конфигурирования для обновления конфигурационного файла при работе с текущей и предыдущей версиями ОС IOS.

Глава 16, "Источники загрузки ОС IOS", посвящена использованию разнообразных источников получения кода ОС IOS, исполнению команд загрузки ОС IOS в маршрутизатор, ведению резервных копий файлов и выполнению обновления версии ОС IOS.

В главе 17, "Конфигурирование IP-адресов интерфейсов маршрутизатора", описывается конфигурирование IP-адресов.

В главе 18, "Конфигурирование маршрутизатора и протоколы маршрутизации RIP и IGRP", описывается начальное конфигурирование маршрутизатора с активизацией исполнения протоколов IP-маршрутизации RIP и IGRP.

Глава 19, "Управление сетью", посвящена базовым основам управления сетью путем применения таких методик, как документирование, аудит, мониторинг и оценка эффективности работы.

Приложение А, "Список видеороликов", содержит справочную информацию по каждому видеоролику в формате QuickTime, который содержится на прилагаемом к. книге компакт-диске.

В приложении Б, "Сводные данные о командах", даны определения встречающихся в данной книге команд, связанных с конфигурированием и использованием маршрутизаторов Cisco.

Команды располагаются в алфавитном порядке, что позволяет быстро и легко найти информацию о заданной команде.

Приложение В, "Ответы на контрольные вопросы", содержит ответы на контрольные вопросы, приведенные в конце каждой главы.

Приложение Г, "Основы компьютерной техники", содержит дополнительный материал для чтения по теме новой главы 1 интерактивного курса.

Приложение Д, "Основы электроники и сигналы", дает дополнительную информацию по физике электричества и электронике: темам, которые были добавлены в версию интерактивного курса 2.1.

В приложении Е, "Формирование сигналов и передача данных", содержится новая информация о формировании сигналов, которая была добавлена в версии интерактивного курса 2.1.

Приложение Ж, "Преобразование в двоичную и шестнадцатеричную систему счисления", содержит дополнительный материал и практические задания, призванные помочь в освоении этой важной темы.

В приложении 3, "Поиск и устранение неисправностей в сетях", содержится новая добавленная в интерактивный курс информация о методах поиска и устранения неисправностей.

Словарь терминов включает определения использованных в данной книге терминов и аббревиатур, относящихся к теории и практике создания сетей передачи данных.

Глава Организация сети и эталонная модель OSI В этой главе Организация сети • Протоколы и их важность в организации • Локальная сеть (LAN) • Глобальная сеть (WAN) • Программные и аппаратные особенности различных способов организации сети • Определение и описание основных сетевых стандартов • Функции каждого из уровней эталонной модели OSI • Процесс инкапсуляции и взаимодействие между уровнями Введение В этой главе объясняются основные термины и концепции, применяемые в теории сетей и рассматриваются два различных типа сетей Локальные сети (Local Area Networks, LAN), позволяющие предприятиям, применяющим в своей производственной деятельности компьютерные технологии, повысить эффективность коллективного использования одних и тех же ресурсов, например, файлов и принтеров Глобальные сети (Wide Area Networks, WAN), делающие возможным обмен данными V между предприятиями, которые удалены на значительные расстояния друг от друга.

Наконец, будут рассмотрены эталонная модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) и процессы обмена данными между нижними уровнями этой модели.

Организация сети Организацией сети называется обеспечение взаимосвязи между рабочими станциями, периферийным оборудованием (принтерами, накопителями на жестких дисках, сканерами, приводами CD-ROM) и другими устройствами При организации сети одной из задач является согласование различных типов компьютеров Независимо от того, какие устройства используются в сети — Macintosh, IBM-совместимые компьютеры или мэйнфреймы, — все они должны использовать для общения один и тот же язык Таким языком служит протокол, который является формальным описанием набора правил и соглашений, регламентирующих обмен информацией между устройствами в сети Например, если группе людей поручают работу над общим проектом, то не имеет значения, кто эти люди по национальности — немцы, французы, итальянцы или американцы, — главное, чтобы они могли понять друг друга, т е разговаривали на одном языке В современном мире такая группа людей, скорее всего, использовала бы английский язык В сфере компьютерных технологий роль такого языка выполняют протоколы, которые понятны всем устройствам сети.

С чего все начиналось Первые компьютеры были автономными устройствами. Другими словами, каждый компьютер работал отдельно, независимо от других. Очень скоро стала очевидной низкая эффективность такого подхода. Необходимо было найти решение, которое бы удовлетворяло трем перечисленным ниже требованиям, а именно:

• устраняло дублирование оборудования и ресурсов;

• обеспечивало эффективный обмен данными между устройствами;

• снимало проблему управления сетью.

Было найдено два решения, выполняющих поставленные условия. И это были локальные и глобальные сети.

Локальные сети Локальные сети служат для объединения рабочих станций, периферии, терминалов и других устройств. Локальная сеть позволяет повысить эффективность работы компьютеров за счет совместного использования ими ресурсов, например файлов и принтеров. Как результат, это дает возможность предприятию использовать локальную сеть для связи воедино данных, функций обмена и вычислений, а также хранения информации на файл-серверах.

Характерными особенностями локальной сети являются:

• ограниченные географические пределы;

• обеспечение многим пользователям доступа к среде с высокой пропускной способностью;

• постоянное подключение к локальным сервисам;

• физическое соединение рядом стоящих устройств.

Глобальные сети Быстрое распространение компьютеров привело к увеличению числа локальных сетей. Они появились в каждом отделе и учреждении. В то же время каждая локальная сеть — это отдельный электронный остров, не имеющий связи с другими себе подобными. Стало очевидным, что использования технологии локальных сетей уже недостаточно.

Требовалось найти способ передачи информации от одной локальной сети к другой. Решить эту задачу помогло создание глобальных сетей. Глобальные сети служат для объединения локальных сетей и обеспечивают связь между компьютерами, находящимися в локальных сетях. Глобальные сети охватывают значительные географические пространства и дают возможность связать устройства, расположенные на большом удалении друг от друга.

При подключении компьютеров, принтеров и других устройств к глобальной сети возникает возможность совместного использования информации и ресурсов, а также доступа к Internet. Один из вариантов организации сети показан на рис. 1.1.

Потребность в стандартах В течение двух последних десятилетий наблюдался значительный рост глобальных сетей. Убедившись, что использование сетевых технологий сулит существенную экономию денежных средств и повышение производительности труда, крупные организации стали уделять особое внимание этому направлению. Новые технологии и продукты внедрялись сразу после их появления, и поэтому многие сети были сформированы с использованием различных аппаратных и программных средств. Вследствие этого многие сети оказались несовместимыми и стало сложным организовывать обмен информацией между компьютерами, использующими различные сетевые спецификации.

Для решения проблемы совместимости Международная организация по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO) исследовала существующие схемы сетей. В результате исследования была признана необходимость в создании эталонной модели сети, которая смогла бы помочь поставщикам создавать совместимые сети. И в 1984 году ISO выпустила в свет эталонную модель взаимодействия открытых систем (OSI).

Эталонная модель OSI быстро стала основной архитектурной моделью взаимодействия между компьютерами. Несмотря на то, что были разработаны и другие архитектурные модели, большинство поставщиков сетей, желая сказать пользователям, что их продукты совместимы и способны работать с разными производимыми в мире сетевыми технологиями, ссылаются на их соответствие эталонной модели OSI. И действительно, эта модель является самым лучшим средством, имеющимся в распоряжении тех, кто надеется изучить технологию сетей.

Эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI) Эталонная модель OSI — это описательная схема сети;

ее стандарты гарантируют высокую совместимость и способность к взаимодействию различных типов сетевых технологий. Кроме того, она иллюстрирует процесс перемещения информации по сетям. Это концептуальная структура, определяющая сетевые функции, реализуемые на каждом ее уровне. Модель OSI описывает, каким образом информация проделывает путь через сетевую среду (например, провода) от одной прикладной программы (например, программы обработки таблиц) к другой прикладной программе, находящейся в другом подключенном к сети компьютере. По мере того, как подлежащая отсылке информация проходит вниз через уровни системы, она становится все меньше похожей на человеческий язык и все больше похожей на ту информацию, которую понимают компьютеры, а именно на "единицы" и "нули".

Эталонная модель OSI делит задачу перемещения информации между компьютерами через сетевую среду на семь менее крупных и, следовательно, более легко разрешимых подзадач.

Каждая из этих семи подзадач выбрана потому, что она относительно автономна и, следовательно, ее легче решить без чрезмерной опоры на внешнюю информацию. Такое разделение на уровни называется иерархическим представлением. Каждый уровень соответствует одной из семи подзадач (рис. 1.2).

Поскольку нижние уровни (с 1 по 3) модели OSI управляют физической доставкой сообщений по сети, их часто называют уровнями среды передачи данных (media layers). Верхние уровни (с 4 по 7) модели OSI обеспечивают точную доставку данных между компьютерами в сети, поэтому их часто называют уровнями хост-машины (host layers) (рис. 1.3).

В большинстве сетевых устройств реализованы все семь уровней. Однако для ускорения выполнения операций в некоторых сетях сама сеть реализует функции сразу нескольких уровней.

Модель OSI не является схемой реализации сети, она только определяет функции каждого уровня и в этом смысле подобна чертежу автомобиля (рис. 1.4).

После создания чертежа автомобиля сам автомобиль еще надо изготовить. Для выполнения фактической работы по изготовлению автомобиля могут быть заключены контракты с любым количеством автомобилестроительных компаний. Если чертеж полон, то все автомобили должны быть в механическом смысле одинаковы. Они могут отличаться по внешнему виду цветом или количеством используемых в отделке хромированных деталей, однако, все они будут одинаковы функционально.

Чем объясняется разница в реализациях одного и того же чертежа автомобиля (или спецификации протокола)? Частично эта разница вызвана невозможностью учесть в любой спецификации все возможные детали реализации. Кроме того, разные люди, реализующие один и тот же проект, всегда интерпретируют его немного по-разному. Как следствие, неизбежные ошибки в реализации приводят к тому, что результаты разных реализаций отличаются исполнением. Этим объясняется то, что реализация протокола X одной компании не всегда взаимодействует с реализацией этого же протокола, осуществленной другой компанией.

Поэтому каждый уровень эталонной модели выполняет соответствующие ему функции, определенные стандартом OSI, к которому может обратиться любой производитель сетевых продуктов.

Зачем нужна многоуровневая сетевая модель В эталонной модели OSI семь нумерованных уровней указывают на наличие различных сетевых функций. Деление сети на семь уровней обеспечивает следующие преимущества.

• Делит взаимосвязанные аспекты работы сети на менее сложные элементы.

• Определяет стандартные интерфейсы для автоматического интегрирования в систему новых устройств (plug-and-play) и обеспечения совместимости сетевых продуктов разных поставщиков.

• Дает возможность инженерам закладывать в различные модульные функции межсетевого взаимодействия симметрию, что позволяет легко наладить их взаимодействие.

• Изменения в одной области не требуют изменений в других областях, что позволяет отдельным областям развиваться быстрее.

• Делит сложную межсетевую структуру на дискретные, более простые для изучения подмножества операций.

Семь уровней эталонной модели OSI После описания основных особенностей принципа деления модели OSI на уровни можно перейти к обсуждению каждого отдельного уровня и его функций. Каждый уровень имеет заранее заданный набор функций, которые он должен выполнять, чтобы связь могла состояться.

Уровень 7 (уровень приложений) Уровень приложений — это самый близкий к пользователю уровень модели OSI. Он отличается от других уровней тем, что не предоставляет услуги ни одному другому уровню модели OSI и только обслуживает прикладные процессы, находящиеся вне пределов модели OSI. Примерами таких прикладных процессов могут служить программы работы с электронными таблицами, текстовые процессоры и программы работы банковских терминалов.

Уровень приложений идентифицирует и устанавливает доступность предполагаемых партнеров для связи, синхронизирует совместно работающие прикладные программы, а также устанавливает договоренность о процедурах восстановления после ошибок и контроля целостности данных.

Уровень приложений также определяет степень достаточности ресурсов для осуществления предполагаемой связи.

Уровень 6 (уровень представлений) Уровень представлений отвечает за то, чтобы информация, посылаемая из уровня приложений одной системы, была читаемой для уровня приложений другой системы. При необходимости уровень представлений преобразовывает форматы данных путем использования общего формата представления информации.

Уровень 5 (сеансовый) Как указывает его название, сеансовый уровень устанавливает, управляет и завершает сеансы взаимодействия приложений. Сеансы состоят из диалога между двумя или более объектами представления (как вы помните, сеансовый уровень обеспечивает своими услугами уровень представлений). Сеансовый уровень синхронизирует диалог между объектами уровня представлений и управляет обменом информации между ними. В дополнение к основным функциям сеансовый уровень предоставляет средства для синхронизации участвующих в диалоге сторон, обеспечивает класс услуг и средства формирования отчетов об особых ситуациях, возникающих на сеансовом уровне, а также на уровнях приложений и представлений.

Уровень 4 (транспортный) Транспортный уровень сегментирует и повторно собирает данные в один поток. Если уровень приложений, сеансовый уровень и уровень представлений заняты прикладными вопросами, четыре нижних уровня решают задачу транспортировки данных.

Транспортный уровень пытается обеспечить услуги по транспортировке данных, которые изолируют верхние уровни от деталей ее реализации. В частности, заботой транспортного уровня является решение таких вопросов, как выполнение надежной транспортировки данных через многосетевой комплекс. Предоставляя надежные услуги, транспортный уровень обеспечивает механизмы для установки, поддержания и упорядоченного завершения действия виртуальных каналов, обнаружения и устранения неисправностей транспортировки, а также управления информационным потоком (с целью предотвращения переполнения одной системы данными от другой системы).

Уровень 3 (сетевой) Сетевой уровень — это комплексный уровень, который обеспечивает соединение и выбор маршрута между двумя конечными системами, которые могут находиться в географически разных сетях. Более подробно уровень 3 будет рассмотрен в главе 3, "Сетевые устройства".

Уровень 2 (канальный) Канальный уровень обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, дисциплины в канале связи (т.е. каким образом конечная система использует сетевой канал), уведомления об ошибках, упорядоченной доставки кадров, а также вопросы управления потоком данных.

Уровень 1 (физический) Физический уровень определяет электротехнические, механические, процедурные и Функциональные характеристики активизации, поддержания и деактивизации физического канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют такие характеристики, как уровни напряжений, временные параметры изменения напряжений, скорости физической передачи данных, максимальные расстояния передачи информации, физические разъемы, и другие подобные характеристики.

Одноранговая модель взаимодействия Многоуровневая модель OSI исключает прямую связь между равными по положению уровнями, находящимися в разных системах, как показано на рис. 1.5.

Каждый уровень системы имеет свои определенные задачи, которые он должен выполнять. Для выполнения этих задачи, он должен общаться с соответствующим уровнем в другой системе.

Обмен сообщениями между одноранговыми уровнями или, как их еще называют, блоками данных протокола (protocol data units, PDUs, осуществляется с помощью протокола соответствующего уровня. Каждый уровень может использовать свое специфическое название для PDU.

Подобный обмен данными по протоколу между одноранговыми уровнями достигается за счет использования услуг уровней, лежащих в модели ниже общающихся. Уровень, находящийся ниже любого текущего, оказывает услуги текущему уровню. Каждая из служб низлежащего уровня использует информацию от верхних уровней в качестве части PDU протокола более низкого уровня, которыми она обменивается с соответствующим уровнем другой системы.

Например, в семействе протоколов TCP/IP транспортные уровни для обмена пользуются сегментами (см. рис. 1.5). Таким образом, TCP-сегменты становятся частью пакетов сетевого уровня (также называемых дейтаграммами) и будут участвовать в обмене между соответствующими IP-уровнями. В свою очередь, на канальном уровне IP-пакеты должны стать частью кадров, которыми обмениваются непосредственно соединенные устройствами. В конечном итоге при передаче данных по протоколу физического уровня с использованием аппаратных средств кадры преобразовываются в биты.

Инкапсулирование данных Чтобы понять структуру и принципы функционирования сети, необходимо уяснить, что любой обмен данными в сети осуществляется от источника к получателю (рис. 1.6).

Информацию, посланную в сеть, называют данными, или пакетами данных. Если один компьютер (источник) хочет послать данные другому компьютеру (получателю), то данные сначала должны быть собраны в пакеты в процессе инкапсуляции;

который перед отправкой в сеть погружает их в заголовок конкретного протокола. Этот процесс можно сравнить с подготовкой бандероли к отправке — обернуть содержимое бумагой, вложить в транспортный конверт, указать адрес отправителя и получателя, наклеить марки и бросить в почтовый ящик.

Рис. 1.6. Пакеты данных в сети движутся от источника к получателю Каждый уровень эталонной модели зависит от услуг нижележащего уровня. Чтобы обеспечить эти услуги, нижний уровень при помощи процесса инкапсуляции помещает PDU, полученный от верхнего уровня, в свое поле данных;

затем могут добавляться заголовки и трейлеры, необходимые уровню для реализации своей функции. Впоследствии, по мере перемещения данных вниз по уровням модели OSI, к ним будут прикрепляться дополнительные заголовки и трейлеры.

Например, сетевой уровень обеспечивает поддержку уровня представлений, а уровень представлений передает данные в межсетевую подсистему (рис. 1.7).

Задачей сетевого уровня является перемещение данных через сетевой комплекс. Для выполнения этой задачи данные инкапсулируются в заголовок который содержит информацию, необходимую для выполнения передачи, например логические адреса отправителя и получателя.

В свою очередь, канальный уровень служит для поддержки сетевого уровня (рис. 1.8) и инкапсулирует информацию от сетевого уровня в кадре. Заголовок кадра содержит данные (к примеру, физические адреса), необходимые канальному уровню Для выполнения его функций.

Физический уровень служит для поддержки канального уровня. Кадры канального Уровня преобразуются в последовательность нулей и единиц для передачи по физическим каналам (как правило, по проводам) (рис. 1.9).

При выполнении сетями услуг пользователям, поток и вид упаковки информации изменяются.

В показанном на рис. 1-10 примере инкапсуляции имеют место пять этапов преобразования:

1. Формирование данных. Когда пользователь посылает сообщение электронной почтой, алфавитно-цифровые символы сообщения преобразовываются в данные, которые могут перемещаться в сетевом комплексе.

Рис. 1.7. Сетевой уровень оказывает услуги уровню представлений, инкапсулируя данные в сетевой заголовок Упаковка данных для сквозной транспортировки. Для передачи через сетевой комплекс 2.

данные соответствующим образом упаковываются. Благодаря использованию сегментов, транспортная функция гарантирует надежное соединение участвующих в обмене сообщениями хост-машин на обоих концах почтовой системы.

Добавление сетевого адреса в заголовок. Данные помещаются в пакет или дейтаграмму, 3.

которая содержит сетевой заголовок с логическими адресами отправителя и получателя.

Эти адреса помогают сетевым устройствам посылать пакеты через сеть по выбранному пути.

Добавление локального адреса в канальный заголовок. Каждое сетевое устройство должно 4.

поместить пакеты в кадр. Кадры позволяют взаимодействовать с ближайшим непосредственно подключенным сетевым устройством в канале. Каждое устройство, находящееся на пути движения данных по сети, требует формирования кадров для соединения со следующим устройством.

Преобразование в последовательность битов для передачи. Для передачи по физическим 5.

каналам (обычно по проводам) кадр должен быть преобразован в последовательность единиц и нулей. Функция тактирования дает возможность устройствам различать эти биты в процессе их перемещения в среде передачи данных. Среда на разных участках пути следования может меняться. Например, сообщение электронной почты может выходит из локальной сети, затем пересекать магистральную сеть комплекса зданий и дальше выходить в глобальную сеть, пока не достигнет получателя, находящегося в удаленной локальной сети.

Резюме • Организацией сети называется обеспечение взаимосвязи между рабочими станциями, периферийным оборудованием (принтерами, накопителями на жестких дисках, сканерами, приводами CD-ROM) и другими устройствами.

• Протокол — это формальное описание набора правил и соглашений, регламентирующих процессы обмена информацией между устройствами в сети.

• Эталонная модель OSI — это описательная схема сети;

ее стандарты гарантируют высокую совместимость и взаимодействие сетевых технологий различных типов.

• В эталонной модели OSI отдельные сетевые функции организованы в семь нумерованных уровней:

- уровень 7 (уровень приложений);

- уровень 6 (уровень представлений);

- уровень 5 (сеансовый);

- уровень 4 (транспортный);

- уровень 3 (сетевой);

- уровень 2 (канальный);

- уровень 1 (физический);

Многоуровневая модель OSI исключает прямую связь между равными по положению уровнями, находящимися в разных системах.

Инкапсуляция — это процесс погружения данных в заголовок конкретного протокола перед отправкой их в сеть.

Контрольные вопросы 1. Эталонная модель OSI является многоуровневой. Какое из положений неправильно характеризует причину многоуровневости модели?

A. Многоуровневая модель увеличивает сложность.

B. Многоуровневая модель стандартизирует интерфейсы.

C. Многоуровневая модель дает возможность разработчикам сконцентрировать усилия на более специализированных направлениях.

D. Многоуровневая модель предотвращает влияние изменений в одной области на другие области.

2. Какой уровень эталонной модели OSI решает вопросы уведомления о неисправностях, учитывает топологию сети и управляет потоком данных?

A. Физический.

B. Канальный.

C. Транспортный.

D. Сетевой.

3. Какой уровень эталонной модели OSI устанавливает, обслуживает и управляет сеансами взаимодействия прикладных программ?

A. Транспортный.

B. Сеансовый.

C. Уровень представлений.

D. Уровень приложений.

4. Что из приведенного ниже наилучшим образом описывает функцию уровня представлений?

A. Он обеспечивает форматирование кода и представление данных.

B. Он обрабатывает уведомления об ошибках, учитывает топологию сети и управляет потоком данных.

C. Он предоставляет сетевые услуги пользовательским прикладным программам.

D. Он обеспечивает электрические, механические, процедурные и функциональные средства для активизации и поддержания канала связи между системами.

5. Какой уровень эталонной модели OSI обеспечивает сетевые услуги пользовательским прикладным программам?

A. Транспортный.

B. Сеансовый.

C. Уровень представлений.

D.Уровень приложений.

6. Какое описание пяти этапов преобразования данных в процессе инкапсуляции при отправке почтового сообщения одним компьютером другому является правильным?

A. Данные, сегменты, пакеты, кадры, биты.

B. Биты, кадры, пакеты, сегменты, данные.

C. Пакеты, сегменты, данные, биты, кадры.

D. Сегменты, пакеты, кадры, биты, данные.

7. При отправке почтового сообщения с компьютера А на компьютер В данные необходимо инкапсулировать. Какое из описаний первого этапа инкапсуляции является правильным?

A. Алфавитно-цифровые символы конвертируются в данные.

B. Сообщение сегментируется в легко транспортируемые блоки.

C. К сообщению добавляется сетевой заголовок (адреса источника и получателя).

D. Сообщение преобразовывается в двоичный формат.

8. При отправке почтового сообщения с компьютера А на компьютер В по локальной сети данные необходимо инкапсулировать. Что происходит после создания пакета?

A. Пакет передается по среде.

B. Пакет помещается в кадр.

C. Пакет сегментируется на кадры.

D. Пакет преобразовывается в двоичный формат.

9. При отправке почтового сообщения с компьютера А на компьютер В данные необходимо инкапсулировать. Что происходит после преобразования алфавитно-цифровых символов в данные?

A. Данные преобразовываются в двоичный формат.

B. К данным добавляется сетевой заголовок.

C. Данные сегментируются на меньшие блоки.

D. Данные помещаются в кадр.

10. Что из приведенного ниже наилучшим образом описывает дейтаграмму?

A. Посылаемое источнику сообщение с подтверждением получения неповрежденных данных.

B. Двоичное представление информации о маршрутизации.

C. Пакет данных размером менее 100 байт.

D. Пакет сетевого уровня.

Глава Физический и канальный уровни В этой главе • Описание уровня 1 (физического) эталонной модели OSI • Кодирование • Название и определение четырех сред передачи данных • Критерии для оценки качественных характеристик среды передачи данных • Описание уровня 2 (канального) эталонной модели OSI • Описание и назначение МАС-адреса • Описание и назначение сетевого адаптера.

Введение В главе 1, "Организация сети и эталонная модель OSI", были рассмотрены два различных типа сетей локальные и глобальные, которые используются предприятиями для реализации коллективного пользования компьютерами, файлами и устройствами Было также указано, что эталонная модель OSI стала основной архитектурной моделью процесса обмена информацией в сети. Несмотря на то, что были разработаны и другие архитектурные модели, на сегодня большинство поставщиков сетевых решений, рассказывая пользователям о возможностях своих сетевых продуктов, связывают их с эталонной моделью OSI. Кроме того, в этой главе говорилось, что данные всегда движутся по направлению от отправителя к получателю.

В данной главе будут рассмотрены основные функции физического и канального уровней эталонной модели OSI Будет рассказано о различных средах передачи данных, используемых физическим уровнем, включая экранированную и неэкранированную витую пару, коаксиальный и оптоволоконный кабели. Также будет рассмотрена зависимость величины и скорости информационного потока от типа используемой среды передачи данных. Наконец, будет показано, что доступ к среде передачи данных осуществляется на канальном уровне эталонной модели OSI. В частности, будет рассказано, за счет чего данные имеют возможность определять местонахождение своего пункта назначения в сети.

Физический уровень Термин "физический уровень" используется для того, чтобы показать, как сетевые функции привязаны к эталонной модели OSI. Как здание нуждается в фундаменте, так и сеть должна иметь основание, на котором она будет строиться. В эталонной модели OSI таким фундаментом служит физический уровень (рис. 2.1).

Физический уровень определяет электрические, механические, процедурные и Функциональные спецификации для активизации, поддержания и деактивизации физической связи между конечными системами.

Назначением физического уровня является передача данных. Данные, которыми является любой тип информации (рисунки, тексты и звуки), представлены в виде импульсов: либо электрических, называемых напряжением — при передаче по медному кабелю, либо световых — при передаче по оптоволоконному кабелю. Процесс передачи, называемый кодированием, выполняется с помощью среды передачи данных — кабелей и разъемов.

Среда передачи данных Средой передачи данных называется физическая среда, пригодная для прохождения сигнала.

Чтобы компьютеры могли обмениваться кодированной информацией, среда должна обеспечить их физическое соединение друг с другом. Существует несколько видов сред, применяемых для соединения компьютеров (рис. 2.2):

• коаксиальный кабель;

• неэкранированная витая пара;

• экранированная витая пара;

• оптоволоконный кабель.

Коаксиальный кабель Коаксиальный кабель состоит из внешнего цилиндрического пустотелого проводника, окружающего один внутренний провод (рис. 2.3).

Коаксиальный кабель состоит из двух проводящих элементов. Один из них — медный провод, находящийся в центре кабеля и окруженный слоем гибкой изоляции. Поверх изоляционного материала расположен экран из тонких переплетающихся медных проводов или из металлической фольги, который в электрической цепи играет роль второго провода. Как следует из названия, внешняя оплетка служит для экранирования центрального провода от влияния помех. Снаружи экран покрыт оболочкой Рис 2.3. Коаксиальный кабель состоит из внутреннего провода, окруженного пустотелым цилиндрическим проводником.

Для локальных сетей применение коаксиального кабеля дает несколько преимуществ.

Коаксиальный кабель может использоваться без усиления сигнала на больших расстояниях, чем экранированная или неэкранированная витая пара. Это означает, что сигнал может проходить более длинные расстояния между сетевыми узлами, не нуждаясь в повторителе для усиления сигнала, как в витой паре Коаксиальный кабель дешевле, чем оптоволоконный. Наконец, в течение долгого времени коаксиальный кабель использовался во всех типах обмена данными, что позволило хорошо изучить эту технологию.

Коаксиальный кабель бывает разной толщины. Как правило, с более толстым кабелем работать менее удобно Об этом следует помнить, особенно если кабель надо будет протягивать по уже существующим коробам и желобам с ограниченным размером Такой кабель так и называют — толстым (thicknet). Он достаточно жесткий из-за экрана и имеет оболочку желтого цвета. В некоторых ситуациях прокладка толстого кабеля весьма затруднительна, поэтому необходимо помнить, что чем сложнее среда передачи данных в установке, тем дороже сама установка.

Неэкранированная витая пара Кабель на основе неэкранированной витой пары (unshielded twisted-pair, UTP) используется во многих сетях и представляет собой четыре пары скрученных между собой проводов, при этом каждая пара изолирована от других (рис. 2.4).

Кабель UTP, применяемый в сетях передачи данных, имеет четыре пары медных проводов сортамента 22 или 24 и наружный диаметр около 0,17 дюйма (4,35 мм). Небольшой диаметр кабеля UTP дает определенные преимущества при прокладке. Поскольку неэкранированная витая пара может использоваться в большинстве сетевых архитектур, популярность ее продолжает расти.

Кабель UTP проще в установке и дешевле других типов сред передачи данных. Фактически удельная стоимость UTP на единицу длины меньше, чем у любого другого типа кабелей, использующихся в локальных сетях. Однако реальным преимуществом витой пары остается ее размер. Так как этот кабель имеет небольшой внешний диаметр, то он будет не так быстро заполнять сечение коробов, как другие виды кабелей. Этот фактор становится особенно важным, когда речь идет о прокладке сети в старых зданиях. Кроме того, на концах кабеля UTP, как правило, используется специальный разъем — RJ-коннектор (registered jack connector) (рис. 2.5).

Рис. 2.5. UTP использует BJ-коннекторы Первоначально RJ-коннектор применялся для подключения к телефонной линии, а сейчас используется в сетевых соединениях и гарантирует хорошее и надежное подключение.

Следовательно, может быть существенно снижено количество потенциальных источников шума в сети.

Вообще говоря, кабель UTP более подвержен электрическим шумам и помехам, чем другие типы носителей. Одно время можно было сказать, что кабель UTP уступает в скорости передачи данных другим видам кабелей. Но сейчас это уже не так. Фактически, сегодня UTP является самой быстрой средой передачи данных на основе медных проводников. Однако, в случае использования кабеля UTP, расстояние между усилителями сигнала меньше, чем при использовании коаксиального кабеля.

Экранированная витая пара Кабель на основе экранированной витой пары (shielded twisted-pair, STP) объединяет в себе методы экранирования и скручивания проводов. Предназначенный для использования в сетях передачи данных и правильно установленный STP-кабель по сравнению с UTP-кабелем имеет большую устойчивость к электромагнитным и радиочастотным помехам без существенного увеличения веса или размера кабеля.

Кабель STP имеет все преимущества и недостатки кабеля UTP, но он лучше защищает от всех типов внешних помех. Но кабель на основе экранированной витой пары дороже, чем на основе неэкранированной.

В отличие от коаксиального кабеля, в кабеле STP экран не является частью цепи передачи данных. Поэтому у кабеля должен быть заземлен только один конец. Обычно установщики заземляют кабель в концентраторе или в коммутационном шкафу, однако это не всегда легко сделать, особенно, если приходится использовать старые модели концентраторов, не приспособленные для кабеля STP. Неправильное заземление кабеля может стать основной причиной проблем в сети, поскольку в этом случае экран начинает работать как антенна, принимающая электрические сигналы от других проводов в кабеле и от внешних источников электрических шумов. И наконец, длина отрезков кабеля на основе экранированной витой пары без установки усилителей сигналов не может быть такой же большой, как при использовании других сред передачи данных.

Оптоволоконный кабель Оптоволоконный кабель является средой передачи данных, которая способна проводить модулированный световой сигнал (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Оптоволоконный кабель способен передавать модулированный световой сигнал Оптоволоконный кабель невосприимчив к электромагнитным помехам и способен обеспечивать более высокую скорость передачи данных, чем кабели UTP, STP и коаксиальный кабель. В отличие от других сред передачи данных, имеющих в основе медные проводящие элементы, оптоволоконный кабель не проводит электрические сигналы. Вместо этого в оптоволоконном кабеле соответствующие битам сигналы заменяются световыми импульсами.

Своими корнями оптоволоконная связь уходит в изобретениях, сделанных еще в XIX веке. Но только в 1960-х годах с появлением твердотельных лазерных источников света и высококачественного беспримесного стекла она начала активно применяться на практике.

Широкое распространение оптоволоконный кабель получил благодаря телефонным компаниям, которые увидели его преимущества в междугородней связи.

Оптоволоконный кабель, использующийся в сетях передачи данных, состоит из двух стекловолокон, заключенных в отдельные оболочки. Если посмотреть на кабель в поперечном сечении, то можно увидеть, что каждое стекловолокно окружено слоем отражающего покрытия, затем следует слой из пластмассы, имеющей название кевлар (Kevlar) (защитный материал, обычно использующийся в пуленепробиваемых жилетах), и дальше идет внешняя оболочка.

Внешняя оболочка обычно делается из пластика и служит для защиты всего кабеля. Она отвечает требованиям соответствующих противопожарных и строительных норм.

Назначение кевлара состоит в том, чтобы придать кабелю дополнительные упругие свойства и предохранить от механического повреждения хрупкие толщиной в человеческий волос стекловолокна. Если требуется прокладка кабеля под землей, то иногда для придания дополнительной жесткости в его конструкцию вводят провод из нержавеющей стали.

Светопроводящими элементами оптоволоконного кабеля являются центральная жила и светоотражающее покрытие. Центральная жила — это обычно очень чистое стекло с высоким коэффициентом преломления. Если центральную жилу окружить покрытием из стекла или пластмассы с низким коэффициентом преломления, то свет может как бы захватываться центральной жилой кабеля. Этот процесс называется полным внутренним отражением и позволяет оптопроводящему волокну играть роль световода и проводить свет на огромные расстояния, даже при наличии изгибов.

Кроме того, что оптоволоконный кабель устойчив к электромагнитным помехам, он также не подвержен влиянию и радиочастотных помех. Благодаря отсутствию внутренних и внешних шумов сигнал может проходить по оптоволоконному кабелю большее расстояние, чем в любых других средах передачи данных. Поскольку электрические сигналы не используются, оптоволоконный кабель является идеальным решением для соединения зданий, имеющих разное электрическое заземление. Принимая во внимание, что длинные пролеты медного кабеля между зданиями могут быть местом попадания ударов молнии, использование оптоволокна в этой ситуации также более удобно.

Кроме того, подобно кабелю UTP, оптоволоконный кабель имеет небольшой диаметр, и он относительно плоский и похож на шнур от лампы. Поэтому в один желоб легко помещается несколько оптоволоконных кабелей. Таким образом, этот носитель является идеальным решением для старых зданий с ограниченным пространством.

Оптоволоконный кабель дороже и сложнее в установке, чем другие носители. Так как разъемы для этого кабеля представляют собой оптические интерфейсы, то они должны быть идеально плоско отполированными и не иметь царапин. Таким образом, установка может оказаться достаточно сложной. Обычно даже тренированному монтажнику для создания одного соединения требуется несколько минут. Все это может существенно повысить почасовую стоимость работы, и при создании крупных сетей стоимость работ может стать неприемлемо высокой.

Выбор типа среды передачи данных Различные критерии, такие как скорость передачи данных и стоимость, помогают определить наиболее подходящую среду передачи данных. Тип материала, используемого в сети для обеспечения соединений, определяет такие параметры, как скорость передачи данных и их объем. Другим фактором, влияющим на выбор типа среды передачи данных, является ее стоимость.

Для достижения оптимальной производительности необходимо добиться, чтобы сигнал при движении от одного устройства к другому как можно меньше затухал. Причиной затухания сигнала может быть несколько факторов. Как будет показано далее, во многих носителях используется экранирование и применяются технические решения, предотвращающие ослабление сигнала. Однако использование экранирования становится причиной увеличения стоимости и диаметра кабеля, а также приводит к усложнению его прокладки.

Кроме того, в сетевых средах передачи данных могут использоваться различные типы оболочек. Оболочка, являясь внешним покрытием кабеля, обычно изготавливается из пластика, нелипкого покрытия или композитного материала. При проектировании локальной сети следует помнить, что кабель, проложенный между стенами, в шахте лифта или проходящий по воздуховоду системы вентиляции, может стать факелом, способствующим распространению огня из одной части здания в другую. Кроме того, пластиковая оболочка в случае ее возгорания может стать причиной возникновения токсичного дыма. Для исключения подобных ситуаций существуют соответствующие строительные нормы, нормы пожарной безопасности и нормы техники безопасности, которые определяют типы оболочек кабелей, которые могут использоваться. Поэтому при определении типа среды передачи данных для использования при создании локальной сети следует (наряду с такими факторами, как диаметр кабеля, его стоимость и сложность прокладки) также учитывать и эти нормы.

Для лучшего понимания концепции выбора носителя можно представить два города, расположенных в нескольких милях друг от друга и соединенных двумя дорогами. Одна дорога имеет небольшую ширину и дешевое покрытие. Для примера можно взять однополосную дорогу с гравийным покрытием. Другая дорога — значительно шире и покрыта дорогостоящим материалом, например четырехполосная автострада с покрытием из армированного бетона.

Если планируется совершить утреннюю экскурсию из города А в город В, то скорее всего будет выбрана однополосная гравиевая дорога;

с другой стороны, если необходимо доставить критического больного из города А в больницу города В, то использовать эту дорогу было бы безрассудством. Ведь более быстрая, гладкая и широкая автострада значительно лучше приспособлена для потребностей скорой помощи.

Эти города напоминают два соединенных компьютера, а дороги — сетевые носители, работающие на физическом уровне. Как в примере с городами и дорогами, тип соединительных материалов, используемых при создании сети, определяет объем и скорость передачи данных.

Канальный уровень Как было сказано в главе 1, "Организация сети и эталонная модель OSI", все данные в сети отправляются источником и движутся в направлении получателя. К тому же, было определено, что функцией физического уровня является передача данных. После того как данные отправлены, канальный уровень эталонной модели OSI обеспечивает доступ к сетевым среде передачи данных и физическую передачу в среде, позволяющей данным определять местоположение адресата в сети. Также канальный уровень отвечает за выдачу сообщений об ошибках, учет топологии сети и управление потоком данных.

В эталонной модели OSI канальный и физический уровни являются смежными. Как было сказано в главе 1, "Организация сети и эталонная модель OSI", канальный уровень обеспечивает надежный транзит данных через физический уровень. Этот уровень использует адрес управления доступом к среде передачи данных (Media Access Control, MAC). Как было сказано ранее, канальный уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, дисциплины линий связи (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления об ошибках, упорядоченной доставки кадров и управления потоком информации. Кроме того, канальный уровень использует МАС-адрес в качестве средства задания аппаратного или канального адреса, позволяющего нескольким станциям коллективно использовать одну и ту же среду передачи данных и одновременно уникальным образом идентифицировать друг друга. Для того чтобы мог осуществляться обмен пакетами данных между физически соединенными устройствами, относящимися к одной локальной сети, каждое устройство-отправитель должно иметь МАС-адрес, который оно может использовать в качестве адреса пункта назначения.

МАС-адреса Каждый компьютер, независимо от того, подключен он к сети или нет, имеет уникальный физический адрес. Не существует двух одинаковых физических адресов. Физический адрес (или МАС-адрес) зашит на плате сетевого адаптера (рис. 2.7).

Рис 2.7. Физический адрес компьютера зашит на плате сетевого адаптера Таким образом, в сети именно плата сетевого адаптера подключает устройство к среде передачи данных. Каждая плата сетевого адаптера, который работает на канальном уровне эталонной модели OSI, имеет свой уникальный МАС-адрес.

В сети, когда одно устройство хочет переслать данные другому устройству, оно может установить канал связи с этим другим устройством, воспользовавшись его МАС-адресом. Отправляемые источником данные содержат МАС-адрес пункта назначения.

По мере продвижения пакета в среде передачи данных сетевые адаптеры каждого из устройств в сети сравнивают МАС-адрес пункта назначения, имеющийся в пакете данных, со своим собственным физическим адресом. Если адреса не совпадают, сетевой адаптер игнорирует этот пакет, и данные продолжают движение к следующему устройству.

Если же адреса совпадают, то сетевой адаптер делает копию пакета данных и размешает ее на канальном уровне компьютера. После этого исходный пакет данных продолжает движение по сети, и каждый следующий сетевой адаптер проводит аналогичную процедуру сравнения.

Сетевые адаптеры Сетевые адаптеры преобразуют пакеты данных в сигналы для передачи по сети. В ходе изготовления фирмой-производителем каждому сетевому адаптеру присваивается физический адрес, который заносится в специальную микросхему, устанавливаемую на плате адаптера. В большинстве сетевых адаптеров МАС-адрес зашивается в ПЗУ. Когда адаптер инициализируется, этот адрес копируется в оперативную память компьютера. Поскольку МАС адрес определяется сетевым адаптером, то при замене адаптера изменится и физический адрес компьютера;

он будет соответствовать МАС-адресу нового сетевого адаптера.

Для примера можно представить себе гостиницу. Предположим далее, что комната 207 имеет замок, открывающийся ключом А, а комната 410 — замок, открывающийся ключом F. Принято решение поменять замки в комнатах 207 и 410. После замены ключ А будет открывать комнату 410, а ключ F — комнату 207. В этом примере замки играют роль сетевых адаптеров, а ключи — роль МАС-адресов. Если адаптеры поменять местами, то изменятся и МАС-адреса.

Резюме • Функцией физического уровня является передача данных.

• Для соединения компьютеров может использоваться несколько типов сред передачи данных.

- Коаксиальный кабель, состоящий из внешнего цилиндрического пустотелого проводника, окружающего единственный внутренний провод.

- Неэкранированная витая пара, использующаяся во многих сетях и представляющая собой четыре пары скрученных между собой проводов.

- Экранированная витая пара, которая объединяет методы экранирования, подавления помех и скручивания проводов.

- Оптоволоконный кабель, являющийся носителем, который способен проводить модулированный световой сигнал.

• Для определения наиболее подходящего типа среды передачи данных могут использоваться различные критерии, например скорость передачи данных и стоимость.

• Канальный уровень эталонной модели OSI обеспечивает доступ к среде передачи данных и саму физическую передачу данных, при которой данные имеют возможность определять местоположение получателя в сети.

• Канальный уровень обеспечивает надежный транзит данных через физический канал связи.

Этот уровень использует МАС-адрес — физический адрес, информация о котором находится на плате сетевого адаптера.

• Сетевые адаптеры преобразуют пакеты данных в сигналы, которые и посылают в сеть.

Каждому адаптеру физический адрес присваивается фирмой-производителем.

Контрольные вопросы Как называются все материалы, обеспечивающие физические соединения в сети?

1.

Среда приложений.

A.

Среда обучения.

B.

Среда передачи данных.

C.

Системная среда.

D.

Какое преимущество имеет использование в сетях оптоволоконного кабеля?

2.

Дешевизна.

A.

Простота установки.

B.

Это — промышленный стандарт, и он имеется в продаже в любом магазине, торгующем C.

электронными устройствами.

Скорость передачи данных по оптоволоконному кабелю выше, чем по кабелю с витой парой D.

и коаксиальному кабелю.

Какое из приведенных ниже определений наилучшим образом описывает понятия среда 3.

передачи данных?

Кабели и провода, по которым перемещаются данные.

A.

Различные физические среды, пригодные для передачи сигналов.

B.

Компьютерные системы и провода, образующие сеть.

C.

Любые сетевые аппаратные и программные средства.

D.

В каком виде информация хранится в компьютере?

4.

В виде десятичных чисел.

A.

В виде двоичных чисел.

B.

В виде электронов.

C.

В виде слов и рисунков.

D.

Какой номер имеет канальный уровень в эталонной модели OSI?

5.

A. 1.

B. 2.

C. 3.

D. 4.

Какое из приведенных ниже описаний канального уровня эталонной модели OSI является 6.

наилучшим?

Передает данные другим уровням.

A.

Обеспечивает услуги прикладным процессам.

B.

Принимает слабый сигнал, очищает его, усиливает и отправляет дальше в сеть.

C.

Обеспечивает надежную передачу данных по физическому каналу.

D.

К какому уровню эталонной модели OSI относится сетевой адаптер?

7.

К канальному.

A.

К физическому.

B.

К транспортному.

C.

К уровню представлений.

D.

Как по-другому называется МАС-адрес?

8.

Двоичный адрес.

A.

Восьмеричный адрес.

B.

Физический адрес.

C.

Адрес TCP/IP.

D.

Для чего служит сетевой адаптер?

9.

Устанавливает, управляет и прекращает сеансы между приложениями и осуществляет A.

управление обменом данных между объектами уровня представлений.

B. Дает компьютерным системам возможность осуществлять двунаправленный обмен данными по сети.

C. Оказывает услуги прикладным процессам.

D. Предоставляет средства для установления, поддержания и закрытия виртуальных каналов, обнаружения ошибок передачи, восстановления и управления потоком информации.

10. Каким образом отправитель указывает данным местонахождение получателя в сети?

A. Сетевой адаптер получателя идентифицирует свой МАС-адрес в пакете данных.

B. Пакет данных останавливается в пункте назначения.

C. Сетевой адаптер получателя посылает свой МАС-адрес источнику.

D. Источник посылает уникальный пакет данных по каждому МАС-адресу в сети.

Сетевые устройства В этой главе • Сетевые устройства • Узлы • Повторители • Сигналы • Концентраторы • Фильтры • Порты • Домены • Мосты • Маршрутизаторы Введение В главе 2, "Физический и канальный уровни", были рассмотрены сетевые функции, которые выполняются на физическом и канальном уровнях эталонной модели OSI Были также рассмотрены различные типы сред передачи данных, используемых на физическом уровне В качестве таковых могут использоваться экранированная и неэкранированная витая пара, коаксиальный и оптоволоконный кабели Также были изучены процессы, которые происходят в среде передачи данных на канальном уровне эталонной модели OS1 В частности, каким образом данные определяют местонахождение требуемого пункта назначения в сети Также говорилось, что если одно устройство хочет отправить данные другому устройству, то оно может установить связь этим устройством, используя его адрес доступа к среде передачи данных (МАС-адрес) Перед отправкой в сеть источник прикрепляет к отправляемым данным МАС-адрес требуемого получателя По мере движения данных по носителю сетевые адаптеры (NIC) каждого устройства в сети сравнивают свой МАС-адрес с физическим адресом, содержащимся в пакете данных Если эти адреса не совпадают, сетевой адаптер игнорирует пакет данных и пакет продолжает движение по сети к следующему узлу Если же адреса совпадают, сетевой адаптер де-пает копию пакета данных и размещает ее на канальном уровне компьютера После этого исходный пакет данных продолжает движение по сети, и каждый следующий сетевой адаптер проводит аналогичную процедуру сравнения Хотя подход, при котором данные отправляются каждому устройству в сети, оправдывает себя для сравнительно небольших сетей, легко заметить, что с увеличением сети возрастает трафик Это может стать серьезной проблемой, поскольку в один момент времени в кабете может находиться только один пакет данных Если же все устройства в сети объединяются одним кабелем, такой подход приводит к замедлению движения потока данных по сети В этой главе будет рассмотрено, как с помощью сетевых устройств можно управлять величиной трафика в сети и повысить скорость потока данных Сетевыми устройствами называются аппаратные средства, используемые для объединения сетей По мере увеличения размеров и сложности компьютерных сетей усложняются и сетевые устройства, которые их соединяют Однако все сетевые устройства служат для решения одной или нескольких общих задач • Увеличивают число узлов, подключаемых к сети. Узлом называется конечная точка сетевого соединения или общая переходная точка двух или более линий в сети. Узлами могут быть процессоры, контроллеры или рабочие станции. Они отличаются способом маршрутизации и другими возможностями;

они могут соединяться линиями связи и служат точками управления сети Термин "узел" иногда используется в более широком смысле для обозначения любого объекта, имеющего доступ к сети, и часто применяется в качестве синонима термина "устройство".

• Увеличивают расстояние, на которое может простираться сеть.

• Локализуют трафик в сети.

• Могут объединять существующие сети.

• Изолируют сетевые проблемы, делая их диагностику более простой.

На рис. 3.1 представлены символы следующих сетевых устройств: повторителя, концен тратора, моста и маршрутизатора. Все эти устройства будут рассмотрены в данной главе.

Повторители Подобно средам передачи данных, повторители относятся к уровню 1 (физическому) эталонной модели OSI. Чтобы понять, как работает повторитель, необходимо учесть, что данные перед отправкой в сеть преобразуются в последовательность электрических или световых импульсов, которые и перемещающихся в среде передачи данных. Эти импульсы называются сигналами. Когда сигналы покидают передающую станцию, они четкие и легко распознаются.

Однако чем длиннее кабель, тем сильнее затухает и ухудшается сигнал. В конце концов, это приводит к тому, что сигнал уже не может быть правильно распознан. Например, спецификации для витой пары категории 5 кабеля Ethernet устанавливают расстояние 100 метров как максимально допустимое для прохождения сигнала. Если сигнал проходит по сети больше указанного расстояния, то нет гарантии, что сетевой адаптер правильно распознает сигнал. Если такая проблема возникает, ее можно легко решить с помощью повторителя.

Использование повторителей для увеличения протяженности сети Повторители позволяют увеличить протяженность сети, гарантируя при этом, что сигнал будет распознан принимающими устройствами. Повторители принимают ослабленный сигнал, очищают его от помех, усиливают и отправляют дальше в сеть, тем самым увеличивая расстояния, на которых сеть может функционировать.

Для примера представим болельщика, находящегося на стадионе во время футбольного матча.

Он голоден. В соседнем секторе он видит продавца арахиса и пытается выяснить цену. Однако продавец находится слишком далеко и не может разобрать слов. Болельщик снова повторяет свой вопрос. В этот момент человек, сидящий на полпути между болельщиком и продавцом, слышит вопрос и передает его продавцу. Поскольку человек находится недалеко от продавца и повторяет сообщение достаточно громко, продавец без труда может расслышать вопрос. В этой аналогии человек, сидящий между болельщиком и продавцом арахиса, играет роль повторителя, а сообщение болельщика — роль сигнала, движущегося по носителю.

Использование повторителей для увеличения числа узлов сети При организации сетей общей проблемой является слишком большое количество устройств, подключаемых к сети. Сигналы ухудшаются и становятся более слабыми, поскольку каждое устройство, подключенное к сети, становится причиной небольшого ослабления сигнала. Более того, так как сигнал проходит через слишком большое количество рабочих станций или узлов, он может оказаться настолько ослабленным, что принимающее устройство не сможет его распознать. Как было сказано в предыдущем разделе, решить эту проблему можно с помощью повторителя. Повторители принимают ослабленный сигнал, очищают его от помех, усиливают и отправляют дальше в сеть Благодаря этому появляется возможность увеличить число узлов в сети.

В качестве примера представим мальчика Майкла, который хочет принести мороженое своему другу Тому. День выдался очень жаркий, а Майкл должен пронести мороженое больше мили от своего дома до школы, где его ожидает Том. К тому времени, когда Майкл добирается до школы, мороженое полностью растаивает. И когда он хочет отдать подарок Тому, от мороженого осталась уже только одна палочка, и в результате Том уже не может узнать, что ему хотели вручить.

Следующий день тоже выдался жарким. Майкл вышел из дома, чтобы отнести мороженое своему другу Тому. Пройдя квартал, он замечает, что мороженое начинает таять. Чтобы не дать мороженому растаять полностью, Майкл останавливается возле холодильника, расположенного на углу, и помещает в него мороженое. После того как мороженое охладилось, Майкл снова может продолжить путь. Таким образом, останавливаясь возле каждого холодильника, Майклу удается доставить мороженое адресату. Естественно, теперь Том легко узнает, что ему принесли, и может с удовольствием насладиться угощением.

Концентраторы В локальных сетях каждая станция подключается с помощью некоей передающей среды. Как правило, у каждого файл-сервера имеется только один сетевой адаптер. Как результат, непосредственное подключение всех рабочих станций к файл-серверу невозможно. Чтобы решить эту проблему, в сетях используются концентраторы, которые являются наиболее распространенными сетевыми устройствами.

Вообще говоря, термин концентратор используется вместо термина повторитель, когда речь идет об устройстве, которое служит центром сети (рис. 3.2). Ниже перечислены наиболее важные особенности концентраторов:

§ усиливают сигналы;

§ распространяют сигналы в сети;

§ не выполняют фильтрацию;

§ не занимаются маршрутизацией и коммутацией;

§ используются как точки концентрации в сети.

Рис. 3.2. Концентратор — наиболее распространенное сетевое устройство, которое служит центром сети Концентратор можно представить себе в виде устройства, которое содержит множество независимых, но связанных между собой модулей сетевого оборудования.

В локальных сетях концентраторы ведут себя как мультипортовые повторители. В таких случаях концентраторы используются, чтобы разделить сетевые носители и обеспечить множественное подключение.

Недостатком использования концентратора является то, что он не может фильтровать сетевой трафик. Фильтрацией называется процесс, в ходе которого в сетевом трафике контролируются определенные характеристики, например, адрес источника, адрес получателя или протокол, и на основании установленных критериев принимается решение — пропускать трафик дальше или игнорировать его. В концентраторе данные, поступившие на один порт, передаются дальше на все порты. Следовательно, концентратор передает данные во все участки или сегментам сети, независимо от того, должны они туда направляться или нет.

Если имеется только один кабель, связывающий все устройства в сети, или если сегменты сети связаны только нефильтрующими устройствами (например, концентраторами), несколько пользователей могут попытаться послать данные в один и тот же момент времени. Если одновременно пытаются передавать несколько узлов, то возникает конфликт. В этом случае данные от разных устройств сталкиваются друг с другом и повреждаются. Область сети, в пределах которой сформировался пакет данных и возник конфликт, называют доменом конфликта. Одним из методов решения проблемы слишком большого трафика и большого числа конфликтов в сети является использование мостов.

Мосты Мосты работают на уровне 2 (канальном) эталонной модели OSI и не занимаются исследованием информации от верхних уровней. Назначение мостов состоит в том, чтобы устранить ненужный трафик и уменьшить вероятность возникновения конфликтов. Это достигается путем разделения сети на сегменты и за счет фильтрации трафика по пункту назначения или МАС-адресу.

Мосты фильтруют трафик только по МАС-адресу, поэтому они могут быстро пропускать трафик, представляющий любой протокол сетевого уровня. Так как мосты проверяют только МАС-адрес, протоколы не имеют для них значения. Как следствие, мосты отвечают только за то, чтобы пропускать или не пропускать пакеты дальше, основываясь при этом на содержащихся в них МАС-адресах. Можно выделить следующие наиболее важные особенности мостов.

Они более интеллектуальны, чем концентраторы, т.е. могут анализировать приходящие • пакеты и пропускать (или не пропускать) их дальше на основании адресной информации.

Принимают и пропускают пакеты данных между двумя сетевыми сегментами.

• Управляют широковещательными пакетами в сети.

• Имеют и ведут внутренние таблицы адресов.

• Пример использования моста показан на рис. 3.3.

Представим, что госпожа Джонс имеет в своем классе 30 учащихся. Она знает, в каком клубе состоит каждый ученик, так как эта информация содержится в классном журнале рядом с фамилией каждого ученика. Каждый понедельник преподаватели получают список объявлений клубов и оглашают его перед учащимися. В этот понедельник госпожа Джонс обнаружила, что все объявления предназначены только для членов туристического клуба. Сверившись с классным журналом, она увидела, что в ее классе нет членов этого клуба. Поэтому госпожа Джонс не стала зачитывать объявления туристического клуба своим ученикам.

В этой аналогии госпожа Джонс играет роль моста, так как она фильтрует сообщения и принимает решение о зачитывании объявлений на основании информации о членстве учеников в клубах. В этом примере информация о том, в каких клубах состоят ученики, имеет тот же смысл, что и МАС-адреса, используемые мостами.

Чтобы фильтровать и, соответственно, выборочно пропускать сетевой трафик, мосты строят таблицы соответствия всех МАС-адресов, находящихся в сети и других сетях.

При поступлении данных на вход моста он сравнивает адрес получателя, содержащийся в пакете данных, с МАС-адресами в своей таблице. Если мост обнаружит, что МАС-адрес пункта назначения данных расположен в том же сегменте сети, что и отправитель, то он не пропустит данные в другой сегмент (рис. 3.4).

Если же мост обнаружит, что МАС-адрес получателя данных не относится к тому же сегменту сети, что и адрес отправителя, то мост пропустит данные во все остальные сегменты сети (рис.

3.5). Поэтому мосты могут существенно уменьшать трафик между сетевыми сегментами, устранив ненужный трафик.

Маршрутизаторы Другим типом устройств межсетевого взаимодействия являются маршрутизаторы. Как было сказано выше, мосты прежде всего используются для соединения сегментов сети.

Маршрутизаторы же используются для объединения отдельных сетей и для доступа к Internet.

Они обеспечивают сквозную маршрутизацию при прохождении пакетов данных и маршрутизацию трафика между различными сетями на основании информации сетевого протокола или уровня 3 и способны принимать решение о выборе оптимального маршрута движения данных в сети (рис 3.6). С помощью маршрутизаторов также может быть решена проблема чрезмерного широковещательного трафика, так как они не переадресовывают дальше широковещательные кадры, если им это не предписано.

Рис 3 5 Мосты пропускают данные в другие сегменты сети, если МАС-адреса отправителя и получателя относятся к различным сегментам сети В этом примере пакет данных передается компьютером V и имеет пунктом назначения компьютер Hh.

Маршрутизаторы и мосты отличаются друг от друга в нескольких аспектах. Во-первых, мостовые соединения осуществляются на канальном уровне, в то время как маршрутизация выполняется на сетевом уровне эталонной модели OSI. Во-вторых, мосты используют физические или МАС-адреса для принятия решения о передаче данных Маршрутизаторы для принятия решения используют различные схемы адресации, существующие на уровне 3. Они используют адреса сетевого уровня, также называемые логическими, или IP-адресами (Internet Protocol). Поскольку IP-адреса реализованы в программном обеспечении и соотносятся с сетью, в которой находится устройство, иногда адреса уровня 3 называют еще протокольными или сетевыми адресами Физические или МАС-адреса обычно устанавливаются производителем сетевого адаптера и зашиваются в адаптере на аппаратном уровне;

IP-адреса обычно назначаются сетевым администратором Чтобы маршрутизация была успешной, необходимо, чтобы каждая сеть имела уникальный номер Этот уникальный номер сети включен в IP-адрес каждого устройства, подключенного к сети (рис 3 7, табл. 3.1) Таблица 3.1. Адреса сетей и узлов Адрес сети Адрес узла 1 2 3 Рассмотрим уникальную сеть А с подключенными к ней четырьмя устройствами, IP-адреса которых — А1, А2, A3 и А4 (рис. 3.8). Поскольку интерфейс, с помощью которого маршрутизатор подключается к сети, является частью этой сети, порт, через который маршрутизатор подключается к сети А, будет иметь IP-адрес А5.

Предположим теперь, что есть сеть В, содержащая четыре устройства, которая подключена к другому интерфейсу того же маршрутизатора (рис. 3.9) IP-адреса устройств в этой сети будут В1, В2, ВЗ и В4, а IP-адрес второго интерфейса маршрутизатора — В5.

Предположим далее, что данные были посланы из одной сети в другую.

Отправитель находится в сети А, получатель — в сети В, и к маршрутизатору подключены сети А, В, С и D Когда логически сгруппированный модуль информации, называемый кадром (фреймом), достигает маршрутизатора, последний выполняет следующие функции.

Определяет и отбрасывает канальный заголовок и трейлер, которые содержатся в кадре.

1.

Канальным заголовком называется информация, которая прикрепляется к данным в ходе инкапсуляции и содержит МАС-адреса отправителя и получателя. Это позволяет маршрутизатору исследовать сетевой уровень, чтобы определить сеть адресата.

Сверяется со своей таблицей маршрутизации, которая содержит маршруты к конкретным 2.

сетям, и определяет порт, через который ему необходимо отправить данные, чтобы те добрались до сети пункта назначения.

Таким образом, в примере, показанном на рис. 3.10, маршрутизатор пошлет данные из Сети А в сеть В через порт с IP-адресом В5. Однако перед фактической отправкой данных из порта В маршрутизатор инкапсулирует данные в соответствующий канальный кадр.

Резюме • Сетевыми устройствами называются аппаратные средства, используемые для объединения сетей.

• Повторители принимают ослабленный сигнал, очищают его от помех, усиливают и отправляют дальше в сеть.

• Термин концентратор используется вместо термина повторитель, когда речь идет об устройстве, которое служит центром сети.

• Область сети, в пределах которой пакет данных порождается и вступает в конфликт, называется доменом конфликтов.

• Мосты устраняют лишний трафик и уменьшают вероятность возникновения конфликтов. Это достигается за счет разделения сети на сегменты и фильтрации трафика по адресу станции или МАС-адресу.

• Маршрутизаторы способны принимать интеллектуальные решения о выборе оптимального маршрута доставки данных в сети.

Контрольные вопросы Для чего используются межсетевые устройства?

1.

Позволяют увеличивать число узлов, протяженность сети и объединять от дельные сети.

A.

Повышают скорость передачи данных и уменьшают уровень электромагнитных помех в B.

зданиях.

Обеспечивают для сигнала резервные пути доставки, тем самым предотвращая его потерю C.

и повреждение.

Позволяют объединять устройства во всем здании.

D.

Какое из описаний узла является наилучшим?

2.

Устройство, определяющее оптимальный маршрут движения трафика по сети.

A.

Устройство, которое устанавливает, поддерживает и завершает сеансы между B.

приложениями и управляет обменом данными между объектами уровня представлений.

Устройство, которое синхронизирует взаимодействующие приложения и согласует C.

процедуры восстановления после ошибок и проверки целостности данных.

Конечная точка сетевого соединения или общий стык двух или более линий, который D.

служит в качестве контрольной точки.

Какая из проблем может быть легко устранена с помощью повторителя?

3.

Слишком много типов несовместимого оборудования в сети.

A.

Слишком большой трафик в сети.

B.

Слишком низкая скорость передачи данных.

C.

Слишком много узлов и/или недостаточно кабеля.

D.

Какое из описаний сигнала является наилучшим?

4.

Электрические импульсы, представляющие данные.

A.

Усиление данных.

B.

Преобразование данных.

C.

Официально установленные правила и процедуры.

D.

Какой недостаток имеет использование концентратора?

5.

Не может увеличить рабочие расстояния в сети.

A.

Не может фильтровать сетевой трафик.

B.

Не может посылать ослабленный сигнал через сеть.

C.

Не может усиливать ослабленные сигналы.

D.

Какое из описаний конфликта в сети является наилучшим?

6.

Результат передачи данных в сеть двумя узлами независимо друг от друга.

A.

Результат одновременной передачи данных в сеть двумя узлами.

B.

Результат повторной передачи данных в сеть двумя узлами C.

Результат невыполнения передачи данных в сеть двумя узлами.

D.

Какое описание термина "домен конфликтов" является наилучшим?

7.

Область сети, в которой распространяются конфликтующие пакеты данных.

A.

Область сети, которая ограничивается мостами, маршрутизаторами или коммутаторами B.

Область сети, в которой установлены маршрутизаторы и концентраторы.

C.

Область сети, в которой используется фильтрация.

D.

Что происходит, если мост обнаруживает, что адрес назначения, содержащийся в пакете 8.

данных, находится в том же сегменте сети, что и источник?

Он пересылает данные в другие сегменты сети.

A.

Он не пропускает данные в другие сегменты сети.

B.

Он пропускает данные между двумя сегментами сети.

C.

Он пропускает пакеты между сетями, использующими различные протоколы.

D.

Для чего служит маршрутизатор?

9.

Сравнивает информацию из таблицы маршрутизации с IP-адресом пункта назначения, A.

содержащимся в пакете данных, и переправляет пакет в нужную подсеть и узел.

Сравнивает информацию из таблицы маршрутизации с IP-адресом пункта назначения, B.

содержащимся в пакете данных, и переправляет пакет в нужную подсеть.

Сравнивает информацию из таблицы маршрутизации с IP-адресом пункта назначения, C.

содержащимся в пакете данных, и переправляет пакет в нужную сеть.

Сравнивает информацию из таблицы маршрутизации с IP-адресом пункта назначения, D.

содержащимся в пакете данных, и переправляет пакет в нужный сегмент сети.

Какое сетевое устройство способно решить проблему чрезмерного широковещательного 10.

трафика?

Мост.

A.

Маршрутизатор.

B.

Концентратор.

C.

Фильтр.

D.

Локальные и глобальные сети В этой главе..

• Функционирование локальных сетей (LAN) • Поток данных в локальной сети, использующей стандарты Ethernet/802 • Общие задачи глобальных сетей (WAN) • Главные компоненты WAN • Общие методы канальной инкапсуляции, связанные с синхронными последовательными линиями связи Введение В главе 3, "Сетевые устройства", были рассмотрены сетевые устройства, которые могут быть использованы для фильтрации трафика в сети и уменьшения размеров доменов конфликтов, в пределах которых существует вероятность взаимного влияния пакетов друг на друга В этой главе будут рассмотрены технологии локальных и глобальных сетей, стандарты и сетевые устройства, действующие на физическом, канальном и сетевом уровнях эталонной модели OSI Локальные вычислительные сети Локальные вычислительные сети (ЛВС) — это высокоскоростные сети с малым количеством ошибок, которые охватывают небольшие географические пространства (до нескольких тысяч метров) ЛВС объединяют рабочие станции, терминалы и периферийные устройства в одном здании или другой пространственно ограниченной области Локальные сети обеспечивают множеству подключенных настольных устройств (обычно ПК) доступ к среде передачи данных с высокой пропускной способностью Они подключают компьютеры и службы к общей среде уровня К устройствам локальной сети относятся следующие устройства (рис 41) Мосты Подключают сегменты локальной сети и помогают фильтровать трафик • Концентраторы Концентрируют соединения локальной сети и позволяют использовать • в качестве среды передачи данных витую пару Коммутаторы Ethernet Обеспечивают сегментам и настольным системам • полнодуплексную связь и выделенную полосу пропускания Маршрутизаторы Обеспечивают большое количество сервисов, включая организацию • взаимодействия сетей и управление широковещанием Наиболее распространенными технологиями ЛВС являются Ethernet, Fiber Distributed Data Interface (FDDI) и Token Ring, которые применяются практически во всех существующих локальных сетях (рис 4 2) Стандарты локальных сетей определяют вид кабельных систем и сигналы на физическом и канальном уровнях эталонной модели OSI В этой книге будут рассмотрены стандарты Ethernet и IEEE 802 3, так как именно в соответствии с этими стандартами работают большинство локальных сетей.

Сетевые стандарты Ethernet и IEEE 802. Ethernet был разработан Исследовательским центром корпорации Xerox в Пало Альто (PARC) в 1970 году и является на сегодняшний день наиболее популярным стандартом. Миллионы устройств и узлов подключены к сетям, использующим Ethernet. Первым локальным сетям требовалась очень небольшая пропускная способность для выполнения простых сетевых задач, существовавших в то время, — отправка и прием электронной почты, передача файлов данных и обработка заданий по выводу на печать.

Ethernet стал основой для спецификации ШЕЕ 802 3, которая была выпущена в 1980 году Институтом инженеров по электротехнике и электронике. Вскоре после этого компании Digital Equipment Corporation, Intel Corporation и Xerox Corporation совместно разработали и выпустили спецификацию Ethernet версии 2.0, которая была в значительной степени совместима со стандартом IEEE 802 3. На сегодняшний день Ethernet и IEEE 802 3 являются наиболее распространенными стандартами локальных вычислительных сетей Сети на основе Ethernet используются для транспортировки данных между различными устройствами — компьютерами, принтерами и файл-серверами Технология Ethernet дает возможность устройствам коллективно пользоваться одними и теми же ресурсами, т.е. все устройства могут пользоваться одной средой доставки. Средой доставки называется метод передачи и приема данных. Например, рукописное письмо может быть послано с использованием различных способов доставки: через почтовую службу, через курьерскую службу доставки Federal Express или по факсу. Электронные данные могут передаваться по медному кабелю, по тонкому или толстому коаксиальному кабелю, по беспроводным линиям связи и т д.

ЛВС и физический уровень Ethernet должен был заполнить нишу между глобальными, низкоскоростными сетями и специализированными сетями машинных залов, передающими данные с высокой скоростью, но на очень ограниченные расстояния. Ethernet хорошо подходит для приложений, когда локальные коммуникации должны выдерживать спорадически возникающие высокие нагрузки на пиковых скоростях передачи данных.

Стандарты Ethernet и IEEE 802.3 определяют локальные сети с шинной топологией, работающие в монополосном режиме со скоростью передачи 10 Мбит/с. Такие ЛВС называют lOBase. На рис. 4.3 показан вариант комбинирования трех существующих стандартов выполнения разводки в сетях.

10Base2. Известен как тонкий Ethernet;

допускает протяженность сетевых сегментов • на коаксиальном кабеле до 185 метров.

lOBaseS. Известен как толстый Ethernet;

допускает протяженность сетевых сегментов • на коаксиальном кабеле до 500 метров lOBaseT Использует для передачи кадров недорогой кабель на основе витой пары.

• Стандарты lOBaseS и 10Base2 обеспечивают доступ нескольким станциям в одном сегменте ЛВС. Станции подключаются к сегменту с помощью кабеля, который одним концом соединяется с интерфейсом блока подключения (attachment unit interface, AUI) на станции, а другим — с трансивером, подключаемым к коаксиальному кабелю Ethernet. Трансивер еще называют устройством подключения к среде передачи данных (media attachment unit, MAU) Поскольку стандарт lOBaseT обеспечивает доступ только для одной станции, то в локальных сетях на базе lOBaseT станции почти всегда подключаются к концентратору или сетевому коммутатору. При подобной конфигурации принято считать, что концентратор или сетевой коммутатор относится к тому же сегменту, что и подключенные к нему станции ЛВС и канальный уровень Канальные уровни протоколов Ethernet и 802.3 обеспечивают транспортировку данных по физическому каналу, непосредственно соединяющему два соединенных устройства. Например, как показано на рис. 4.4, три устройства могут напрямую быть связаны друг с другом с помощью сети Ethernet. Рядом с компьютером Macintosh (слева) и компьютером на базе процессора Intel (в центре на рисунке) указаны их адреса управления доступом к среде передани данных (МАС-адреса), используемые канальным уровнем. Маршрутизатор, расположенный справа, также использует МАС-адреса каждого из своих сетевых интерфейсов. Для обозначения интерфейса маршрутизатора, работающего по протоколу 802.3, используется аббревиатура, принятая в Межсетевой операционной системе корпорации Cisco (Cisco Interwork Operating System, IOS), — символ E, за которым указывается номер интерфейса. Например, ЕО — это имя интерфейса 802.3 под номером 0 (см. рис. 4.4).

Как работает сеть Ethernet/802. В сети Ethernet данные, посылаемые одним узлом, проходят через весь сегмент. По мере движения данные принимаются и анализируются каждым узлом. Когда сигнал достигает конца сегмента, он поглощается специальным оконечным элементом. Это необходимо для того, чтобы предотвратить движение сигнала в обратном направлении. В каждый отдельный момент времени в локальной сети возможна только одна передача. Например, в сети с линейной шинной топологией пакет данных передается от станции А к станции D (рис. 4.5). Этот пакет принимается всеми станциями. Станция D распознает свой адрес и обрабатывает кадр.

Станции В и С не распознают свои МАС-адреса и игнорируют кадр.

Широковещание в сети Ethernet/802. Широковещание является мощным инструментом, который позволяет отправлять один кадр одновременно многим станциям. В режиме широковещания используется к а н а л ь н ы й а д р е с п ун к т а н аз н ачен и я, состоящи й из всех еди ни ч ек (FFFF. FFFF. FFFF — в шестнадцатеричной системе). К примеру, если станция А передает кадр, используя в качестве адреса пункта назначения адрес, состоящий из всех единичек, то станции В, С и D должны принять этот кадр и передать его верхним Уровням для дальнейшей обработки (рис. 4.6). Широковещание может серьезно влиять на производительность станций, излишне отвлекая их. По этой причине широковещание должно применяться, только если МАС-адрес не известен или если данные предназначаются для всех станций.

ЛВС и сетевой уровень Технология Ethernet является технологией коллективного использования среды передачи данных. Это означает, что все устройства в сети должны следить за передачами в сети и конкурировать или договариваться о возможности, или праве, на передачу. Это также означает, что в один и тот же момент времени в сети возможна только одна передача. Имеется некоторое сходство между движением данных в сети и движением, которое происходит на автостраде, где водители и их автомобили (устройства) договариваются об использовании автострады (носителя), применяя при этом сигналы поворота, скорость и т.п., чтоб перевозить (передавать) пассажиров (данные) из одного места в другое.

Как было сказано в главе 3, "Сетевые устройства", если более чем один узел пытается осуществить передачу, имеет место конфликт. Вследствие этого данные от разных устройств сталкиваются между собой и повреждаются. Если устройство обнаруживает, что имеет место конфликт, то его сетевой адаптер выдает сигнал повторной передачи с задержкой. Поскольку задержка перед повторной передачей определяется алгоритмом, величина этой задержки различна для каждого устройства в сети. Таким образом, вероятность повторного возникновения конфликта уменьшается. Однако, если трафик в сети очень напряженный, повторные конфликты приводят к повторным передачам с задержкой, что вызывает значительное замедление работы сети.

Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов Сегодня термин стандартный Ethernet чаще всего применяется для описания всех ЛВС, использующих технологию Ethernet (технологию коллективного использования среды передачи данных), которая в общем случае удовлетворяет требованиям спецификаций Ethernet, включая спецификации стандарта IEEE 802.3. Чтобы использовать принцип коллективной работы со средой передачи данных, в Ethernet применяется протокол множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (carrier sense multiple access/collision detection, CSMA/CD), Использование протокола CSMA/CD позволяет устройствам договариваться о правах на передачу.

CSMA/CD является методом доступа, который позволяет только одной станции осуществлять передачу в среде коллективного использования. Задачей стандарта Ethernet является обеспечение качественного сервиса доставки данных. Не все устройства могут осуществлять передачу на равных правах в течение всего времени, поскольку это может привести к возникновению конфликтов. Однако стандартные сети Ethernet, использующие протокол CSMA/CD, учитывают все запросы на передачу и определяют, какие устройства могут передавать в данный момент и в какой последовательности смогут осуществлять передачу все остальные устройства, чтобы все они получали адекватное обслуживание.

Перед отправкой данных узел "прослушивает" сеть, чтобы определить, можно ли осуществлять передачу, или сеть сейчас занята. Если в данный момент сеть никем не используется, узел осуществляет передачу. Если сеть занята, узел переходит в режим ожидания. Возникновение конфликтов возможно в том случае, если два узла, "прослушивая" сеть, обнаруживают, что она свободна, и одновременно начинают передачу. В этом случае возникает конфликт, данные повреждаются и узлам необходимо повторно передать данные позже. Алгоритмы задержки определяют, когда конфликтующие узлы могут осуществлять повторную передачу. В соответствии с требованиями CSMA/CD, каждый узел, начав передачу, продолжает "прослушивать" сеть на предмет обнаружения конфликтов, узнавая таким образом о необходимости повторной передачи.

Метод CSMA/CD работает следующим образом (рис. 4.7): если узел хочет осуществить передачу, он проверяет сеть на предмет того, не передает ли в данный момент другое устройство. Если сеть свободна, узел начинает процесс передачи. Пока идет передача, узел контролирует сеть, удостоверяясь, что в этот же момент времени не передает никакая другая станция. Два узла могут начать передачу почти одновременно, если обнаружат, что сеть свободна. В этом случае возникает конфликт, что показано на рис. 4.7, вверху.

Когда передающий узел узнает о конфликте, он передает сигнал "Наличие конфликта", делающий конфликт достаточно долгим для того, чтобы его могли распознать все другие узлы сети. После этого все передающие узлы прекращают отправку кадров на выбираемый случайным образом отрезок времени, называемый временем задержки повторной передачи. По истечении этого периода осуществляется повторная передача. Если последующие попытки также заканчиваются неудачно, узел повторяет их до 16 раз, после чего отказывается от передачи.

Время задержки для каждого узла разное. Если различие в длительности этих периодов задержки достаточно велико, то повторную передачу узлы начнут уже не одновременно. С каждым последующим конфликтом время задержки удваивается, вплоть до десятой попытки, тем самым уменьшая вероятность возникновения конфликта при повторной передаче. С 10-й по 16-ю попытку узлы время задержки больше не увеличивают, поддерживая его постоянным.

Глобальные сети Глобальные сети работают за пределами географических возможностей ЛВС, используя последовательные соединения различных типов для обеспечения связи в пределах значительных географических областей. Доступ к глобальным сетям обеспечивают региональные операторы, такие как Sprint и MCI. Операторы могут предоставлять круглосуточное или временное подключение к сети, а также доступ через последовательные интерфейсы, работающие с различными скоростями.

Устройства глобальных сетей По определению, глобальные сети объединяют устройства, расположенные на большом удалении друг от друга. К устройствам глобальных сетей относятся следующие (рис. 4.8).

• Маршрутизаторы, обеспечивающие большое количество сервисов, включая организацию межсетевого взаимодействия и интерфейсные порты WAN.

• Коммутаторы, которые подключают полосу для передачи голосовых сообщений, данных и видео.

• Модемы, которые служат интерфейсом для голосовых сервисов;

устройства управления каналом/цифровые сервисные устройства (channel service units/digital service units, CSU/DSUs), которые являются интерфейсом для сервисов Т1/Е1;

терминальные адаптеры и оконечные сетевые устройства 1 (terminal adapter / network termination 1, ТА/NT 1), которые служат интерфейсом для служб цифровой сети с интеграцией услуг (Integrated Services Digital Network, ISDN).

• Коммуникационные серверы (communication servers), которые концентрируют входящие и исходящие пользовательские соединения по коммутируемым каналам связи.

Стандарты глобальных сетей Определением, разработкой и внедрением стандартов в области глобальных сетей занимаются следующие организации.

• Международный телекоммуникационный союз (International Telecommunication Union, ITU), ранее — Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии (Consultative Committee for International Telegraphy and Telephony, CCITT).

• Международная организация по стандартизации (International Organization forStandardization, ISO) • Рабочая группа по инженерным проблемам Internet (Internet Engineering Task Force, IETF).

• Ассоциация электронной промышленности (Electronic Industries Association, EIA).

Стандарты глобальных сетей обычно описывают требования канального и физического уровней.

Протоколы физического уровня WAN описывают, как обеспечить электрическое, механическое, операционное и функциональное подключение к WAN-сервисам. Как правило, эти сервисы предоставляются провайдерами услуг глобальной сети (WAN service providers), например, региональными и национальными операторами связи, почтовыми, телефонными и телеграфными агентствами.

Протоколы канального уровня WAN описывают, каким образом кадры переносятся между системами по одному каналу передачи данных. Они включают протоколы, обеспечивающие работу через службы двухточечной и многоточечной связи, а также службу множественного доступа по коммутируемым каналам типа Frame Relay.

Глобальные сети и физический уровень Физический уровень WAN описывает интерфейс между терминальным оборудованием (Data Terminal Equipment, DTE) и оборудованием передачи данных (Data Communications Equipment, DCE). К терминальному оборудованию относятся устройства, которые входят в интерфейс "пользователь-сеть" со стороны пользователя и играют роль отправителя данных, получателя данных или и того и того вместе. Устройства DCE обеспечивают физическое подключение к сети, пропуск трафика и задание тактовых сигналов для синхронизации обмена данными между устройствами DCE и DTE (рис. 4.9). Обычно устройство DCE расположено у сервис провайдера, a DTE — подключаемое устройство. В этой модели сервисы предоставляются DTE устройствам с помощью модемов или устройств CSU/DSU.

Интерфейс "пользователь-сеть" определяется несколькими стандартами физического уровня.

EIA/TIA-232 — общий стандарт интерфейса физического уровня, разработанный EIA и • TIA, который поддерживает скорость передачи данных в несбалансированном канале до 64 Кбит/с. Этот стандарт очень похож на спецификацию V.24 и ранее был известен как RS 232.

EIA/TIA-449 — популярный интерфейс физического уровня, разработанный EIA и TIA. По • существу, это более быстрая (до 2 Мбит/с) версия стандарта EIA/TIA-232, позволяющая работать с кабелями большей длины.

V. 24 — стандарт для интерфейса физического уровня между терминальным оборудование • (DTE) и оборудованием передачи данных (ОСЕ). Он был разработан ITU-T. По сути, V.24 — то же самое, что и стандарт EIA/TIA-232.

V.35 — разработанный ITU-T стандарт, который описывает синхронный протокол физического • уровня, используемый для связи между устройствами доступа к сети и пакетной сетью.

Наибольшее распространение V.35 получил в США и Европе. Он рекомендован для скоростей передачи данных вплоть до 48 Кбит/с.

Х.21 — разработанный ITU-T стандарт, который используется для последовательной связи • по синхронным цифровым линиям. В основном протокол Х.21используется в Европе и Японии.

G.703 — разработанные ITU-T электрические и механические спецификации для связи между • оборудованием телефонных компаний и терминальным оборудованием (DTE) с использованием байонетных ВМС-разъемов и на скоростях, соответствующих каналу типа Е1.

EIA-530 — описывает две электрические реализации протокола EIA/TIA-449: RS-442 и RS • 423.

Глобальные сети и канальный уровень Существует несколько методов канальной инкапсуляции, связанных с линиями синхронной последовательной передачи данных (рис 4.10).

• HDLC (High-level Data Link Control — высокоуровневый протокол управления каналом).

• Frame Relay.

• РРР (Point-to-Point Protocol — протокол связи "точка-точка").

• ISDN.

HDLC HDLC — это битово-ориентированный протокол, разработанный Международной организацией по стандартизации (ISO). HDLC описывает метод инкапсуляции в каналах синхронной последовательной связи с использованием символов кадров и контрольных сумм. HDLC является ISO-стандартом, реализации которого различными поставщиками могут быть несовместимы между собой по причине различий в способах его реализации, и поэтому этот стандарт не является общепринятым для глобальных сетей. Протокол HDLC поддерживает как двухточечную, так и многоточечную конфигурации.

Frame Relay Протокол Frame Relay предусматривает использование высококачественного цифрового оборудования. Используя упрощенный механизм формирования кадров без коррекции ошибок, Frame Relay может отправлять информацию канального уровня намного быстрее, чем другие протоколы глобальных сетей. Frame Relay является стандартным протоколом канального уровня при организации связи по коммутируемым каналам, позволяющим работать сразу с несколькими виртуальными каналами, в которых используется инкапсуляция по методу HDLC. Frame Relay является более эффективным протоколом, чем протокол Х.25, для замены которого он и был разработан.

РРР Протокол РРР обеспечивает соединение маршрутизатор—маршрутизатор и хост-сеть как по синхронным, так и по асинхронным каналам. РРР содержит поле типа протокола для идентификации протокола сетевого уровня.

ISDN ISDN является набором цифровых сервисов для передачи голоса и данных. Разработанный телефонными компаниями, этот протокол позволяет передавать по телефонным сетям данные, голос и другие виды трафика.

Резюме • Глобальные сети (WAN) используются для объединения локальных сетей, разделенных значительными географическими расстояниями.

• Глобальные сети работают на физическом и канальном уровнях эталонной модели OSI.

• Глобальные сети обеспечивают обмен пакетами данных между локальными сетями и поддерживающими их маршрутизаторами.

• Существует несколько методов канальной инкапсуляции, связанных с синхронными последовательными линиями:

- HDLC - Frame Relay - РРР - ISDN Контрольные вопросы Какое из приведенных ниже утверждений не является справедливым по отношению к ЛВС?

1.

Охватывают большие географические пространства, A.

Обеспечивают множеству пользователей доступ к среде передачи данных с высокой полосой B.

пропускания.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.