Лекция: Технологии сетей доступа в Интернет (лекция 15)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Некоммерческое акционерное общество

«Алматинский университет энергетики и связи»

А.Т.Ибраев,

У.К.Дегембаева

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И СЕТЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Учебное пособие

Алматы 2013

УДК 004.7(075.8)

ББК 32.973.202Я73

И15 Компьютерные системы и сетевые технологии

Учебное пособие/ А.Т.Ибраев,У.К.Дегембаева

АУЭС. Алматы, 2013.− 84 с.

ISBN 978 – 601 – 7327 – 52 - 1

Рассмотрены сетевые технологии. Приведены компоненты, используемые при создании сетей, высокоскоростные технологии построения опорных сетей, методы современных технологии доступа в сеть Интернет.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 5В0719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

Табл. 5, Ил. 41, библ. – 10 назв.

РЕЦЕНЗЕНТЫ: д-р. техн. наук, проф.Т.Т.Каймов

д-р. техн. наук, проф. КазНТУ З.Д.Джурунтаев

ББК 32.973.202Я73

Печатается по плану издания Министерства образования и науки Республики Казахстан на 2012 г.

ISBN 978 – 601 – 7327 – 52 - 1

Введение

«Компьютерные системы и сетевые технологии» является базовой дисциплиной для изучения, проектирования и освоения современных информационных технологий в учебном процессе подготовки специалистов по многим направлениям. Это связано с те, что компьютеры и сетевые технологии внедряются и используются во всех сферах деятельности человека, где бы он ни работал. Дисциплина «Компьютерные системы и сетевые технологии» служит для освоения фундамента современной сетевой технологий студентами и приобретению ими навыков и умения целенаправленно использовать ее в своей практической работе.

Увеличивающийся объем и с каждым днем возрастающие требования мультимедийного трафика к качеству каналов требуют осваивать новые среды передачи информации. Одной из таких технологий является широкополосный беспроводной доступ. Обладая эффективными экономическими показателями внедрения, эта технология особенно актуальна для регионов со слабо развитой инфрастуктурой и городов с устаревшими кабельными сетями ТФОП.

В последнее время актуальным вопросом становится организация доступа на участке «последней мили». Безусловно, внедрение беспроводных сетей Wi-Fi сетей стало революционным решением данной проблемы. Однако изначально имевшиеся в стандарте ограничения по скорости обмена данными, радиусу действия, количеству каналов и дороговизне инфраструктуры пока не позволили Wi-Fi стать тотальной угрозой сотовым сетям с одной стороны и проводным сетям - с другой. Таким образом, сложно одновременно соблюсти три основных требования к сетевым соединениям: высокая пропускная способность, надёжность, мобильность. Решить подобную задачу может следующее поколение беспроводных технологий WiMAX (стандарт IEEE 802.16).

WiMAX - Worldwide Interoperability for Microwave Access, стандартизированная институтом IEEE технология широкополосной беспроводной связи, дополняющая линии DSL и кабельные технологии в качестве альтернативного решения проблемы "последней мили" на больших расстояниях. Технологию WiMAX можно использовать для реализации широкополосных соединений "последней мили", развертывания точек беспроводного доступа, организации высокоскоростной связи между филиалами компаний и решения других подобных задач. Стремительные темпы развития сферы телекоммуникации делают актуальным вопрос о качественном предоставлении современных услуг связи, для которых в свою очередь необходимы высокоскоростные каналы передачи, обладающие высокой пропускной способностью, низкими задержками и при этом доступные и гибкие в конфигурации.

1 Сетевые концепции и термины

1.1 Основные аппаратные и программные компоненты сети

1) Компьютеры;

2) Коммуникационное оборудование: кабели, сетевые платы( NIC-Network Interconnection Card), повторители (Repeator), концентраторы(Hub), мосты (Bridge), коммутаторы(Switch), маршрутизаторы (Router) и модемы (Modem).

3) Сетевые операционные системы: WINDOWS NT, WINDOWS 2000, UNIX, LINUX, SOLARIS и др.

4) Сетевые приложения: броузеры( Explore, Netscape), программы передачи файлов ( FTP), почтовые программы(E-mail), всемирная паутина ( WWW- Word Wide Web), программы базы данных и др.

1.2 Основные проблемы построения сетей

Механизм взаимодействия компьютеров в сети. Взаимодействие двух компьютеров.

Рисунок 1

Сеть – это соединение между двумя и более компьютерами, позволяющее им разделять ресурсы.

Проблемы физической передачи данных по линиям связи:

а) Передаваемая дискретная информация представляется следующими основными видами кодирования: потенциальные, которые носят название

(манчестерский код, NRZ, NRZI), импульсные (AMI, биполярный код), модуляция (аналоговая и частотная), а также логическое кодирование (избыточные коды и скрэмблирование).

б) При этом надо решать следующие проблемы:

- помехоустойчивость линий передач;

- обеспечение необходимой скорости передачи информации;

- взаимную синхронизацию между компьютерами;

- надежность передаваемой информации (простой способ проверки подсчет контрольной суммы.

в) Для передачи информаций в виде двоичных кодов по физическим каналам в основном используются: в локальных сетях- сетевые адаптеры, в глобальных сетях-модемы, а также другое коммуникационное оборудование.

Рисунок 2 - Структурная схема адаптера

1.2 Классификация сетей по масштабу

Локальная сеть (Local Area Network) представляет собой набор соединенных в сеть компьютеров, расположенных в пределах небольшого физического региона, например, одного здания.

Это набор компьютеров и других подключенных устройств, которые укладываются в зону действия одной физической сети. Локальные сети представляют собой базовые блоки для построения объединенных и глобальных сетей.

Глобальные сети (Wide Area Network) могут соединять сети по всему миру; для межсетевых соединений обычно используются сторонние средства коммуникаций.

Соединения в глобальных сетях могут быть очень дорогими, так как стоимость связи растет с ростом ширины полосы пропускания. Таким образом, лишь небольшое число соединений в глобальных сетях поддерживают ту же полосу пропускания, что и обычные локальные сети.

Региональные сети (Metropolitan Area Network) используют технологии глобальных сетей для объединения локальных сетей в конкретном географическом регионе, например, городе.

1.3 Классификация сетей по наличию сервера.

1.3.1 Одноранговые сети [1].

Компьютеры в одноранговых сетях могут выступать как в роли клиентов, так и в роли серверов. Так как все компьютеры в этом типе сетей равноправны, то одноранговые сети не имеют централизованного управления[2] разделением ресурсов. Любой из компьютеров в этой сети может разделять свои ресурсы с любым компьютером из этой же сети. Одноранговые взаимоотношения также означает, что ни один компьютер не имеет ни высшего приоритета на доступ, ни повышенной ответственности за предоставление ресурсов в совместное использование[3].

Преимущества одноранговых сетей:

– они легки в установке и настройке;

– отдельные машины не зависят от выделенного сервера;

– пользователи в состоянии контролировать свои собственные ресурсы;

– недорогой тип сетей в приобретении и эксплуатации;

– не нужно никакого дополнительного оборудования или программного обеспечения, кроме операционной системы;

– нет необходимости нанимать администратора сети;

– хорошо подходит с количеством пользователей, не превышающих 10.

Недостатки одноранговых сетей:

– применение сетевой безопасности одновременно только к одному ресурсу;

– пользователи должны помнить столько паролей[4], сколько имеется разделенных ресурсов;

– необходимо производить резервное копирование отдельно на каждом компьютере, чтобы защитить все совместные данные;

– при получении доступа к ресурсу, на компьютере, на котором этот ресурс расположен, ощущается падение производительности;

– не существует централизованной организационной схемы для поиска и управления доступом к данным.

1.3.2 Сети с выделенным сервером [5].

Компания Microsoft предпочитает термин Server-based. Сервер[6] представляет собой машину (компьютер), чьей основной задачей является реакция на клиентские[7] запросы. Серверы редко управляются кем-то непосредственно: только, чтобы установить, настроить или обслуживать.

Достоинства сетей с выделенным сервером:

– они обеспечивают централизованное управление учетными записями[8] пользователей, безопасностью и доступом, что упрощает сетевое администрирование;

– более мощное оборудование означает и более эффективный доступ к ресурсам сети;

– пользователям для входа в сеть нужно помнить только один пароль, что позволяет им получать доступ ко всем ресурсам, у которых есть право;

– такие сети лучше масштабируются (растут) с ростом числа клиентов.

Недостатки сетей с выделенным сервером:

– неисправность сервера может сделать сеть неработоспособной, в лучшем случае – потеря сетевых ресурсов;

– такие сети требуют квалифицированного персонала для сопровождения сложного специализированного программного обеспечения;

– стоимость сети увеличивается, благодаря потребности в специализированном оборудовании и программном обеспечении.

1.4 Выбор сети

Выбор сети зависит от ряда обстоятельств:

– количество компьютеров в сети (до 10 – одноранговые сети);

– финансовые причины;

– наличие централизованного управления, безопасность;

– доступ к специализированным серверам;

– большая нагрузка на сетевые ресурсы;

– доступ к глобальной сети.

2 Кабели и интерфейсы

Физическая среда передачи данных (medium) может представлять собой кабель, т.е. набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которые распространяются электромагнитные волны.

На самом нижнем уровне сетевых коммуникаций находится носитель, по которому передаются данные. В отношении передачи данных термин media[9] (носитель, среда передачи данных) может включать в себя как кабельные, так и беспроводные технологии.

2.1 Типы кабелей

Существует несколько различных видов кабелей, используемых в современных сетях. Различные сетевые ситуации могут потребовать различных типов кабелей.

2.1.1 Кабель типа «витая пара» – twisted pair.

Представляет собой сетевой носитель, используемый во многих сетевых топологиях, включая Ethernet, ARCNet, IBM Token Ring.

Витая пара бывает двух видов.

1. Неэкранированная витая пара.

Имеется пять категорий неэкранированной витой пары. Они нумеруются по порядку возрастания качества от CAT1 до CAT5. Кабели более высокой категории обычно содержат больше пар проводников, и эти проводники имеют больше витков на единицу длины.

CAT1 – телефонный кабель, не поддерживает цифровой передачи данных.

CAT2 – представляет собой редко используемый старый тип неэкранированной витой пары. Он поддерживает скорость передачи данных до 4 Мбит/с.

CAT3 – минимальный уровень неэкранированной витой пары, требуемый для сегодняшних цифровых сетей, имеет пропускную способность 10 Мбит/с.

CAT4 – промежуточная спецификация кабеля, поддерживающая скорость передачи данных до 16 Мбит/с.

CAT5 – наиболее эффективный тип неэкранированной витой пары, поддерживающий скорость передачи данных до 100 Мбит/с.

Кабели неэкранированной витой пары соединяют сетевую карту каждого компьютера с сетевой панелью или с сетевым концентратором с помощью соединителя RJ-45 для каждой точки соединения.

Примером такой конфигурации является стандарт на сеть Ethernet 10Base-T, который характеризуется кабелем неэкранированной витой пары (от CAT3 до CAT5) и использованием соединителя RJ-45.

Недостатки:

– чувствительность к помехам со стороны внешних электромагнитных источников;

– взаимное наложение сигнала между смежными проводами;

– неэкранированная витая пара уязвима для перехвата сигнала;

– большое затухание сигнала по пути (ограничение до 100 м).

2. Экранированная витая пара.

Имеет схожую конструкцию, что и предыдущая, подчиняется тому же 100-метровому ограничению. Обычно содержит в середине четыре или более пары скрученных медных изолированных проводов, а также электрически заземленную плетеную медную сетку или алюминиевую фольгу, создавая экран от внешнего электромагнитного воздействия.

Недостатки:

– кабель менее гибок;

– требует электрического заземления.

Рисунок 3

Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель, т.е. набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которые распространяются электромагнитные волны.

ООД - оконечное оборудование является аппаратурой пользователя линий связи.

DTE - Data Terminal Equipment. Вырабатывает данные для передачи по линии связи и подключается непосредственно к аппаратуре передачи данных. Примеры: компьютеры или маршрутизаторы ЛВС.

DCE - Data Circuit terminating Equipment.

АПД - аппаратура передачи данных непосредственно связывает компьютеры или локальные сети пользователя с линией связи. Разделение DTE и DCE в ЛВС является условным. Например: сетевой адаптер можно считать как принадлежностью компьютера (DTE), так и составной частью канала связи, т.е. DCE.

Промежуточная аппаратура обычно используется на линиях связи большой протяженности и решает две основные задачи:

- улучшение качества сигнала;

- создание постоянного составного канала связи между двумя абонентами сети.

В глобальной сети промежуточное оборудование (мультиплексоры, демультиплексоры, коммутаторы и др.) образуют составной канал на долговременной основе. Наличие промежуточной коммутационной аппаратуры избавляет создателей глобальной сети от необходимости прокладывать отдельную кабельную линию для каждой пары соединяемых узлов сети.

Промежуточная аппаратура бывает двух типов: аналоговые и цифровые.

Для создания высокоскоростных каналов, которые мультекплексируют несколько низкоскоростных аналоговых абонентских каналов, используется техника частотного мультиплексирования FDM

(Frequency Division Multiplexing).

Промежуточная аппаратура образования высокоскоростных цифровых каналов (мультиплексоры, демультиплексоры, коммутаторы) работает по принципу временного мультиплексирования TDM (Time Division Multiplexing), когда каждому низкоскоростному каналу выделяется определенная доля времени (тайм-слот или квант) высокоскоростного канала.

2.1.2 Коаксиальный кабель.

Этот тип кабеля состоит из центрального медного проводника более толстого, чем провода в кабеле типа витая пара. Центральный проводник покрыт слоем пенистого пластикового изолирующего материала, который в свою очередь окружен вторым проводником, обычно плетеной медной сеткой или алюминиевой фольгой. Внешний проводник не используется для передачи данных, а выступает как заземление.

Коаксиальный кабель может передавать данные со скорость до 10 Мбит/с на максимальное расстояние от 185 м до 500 м.

Двумя основными типами коаксиального кабеля, используемого в локальных сетях, является «Толстый Ethernet» (Thicknet) и «Тонкий Ethernet» (Thinnet).

1. Thinnet.

Также известен как кабель RG-58, является наиболее используемым. Он наиболее гибок из всех типов коаксиальных кабелей, имеет толщину примерно 6 мм. Он может использоваться для соединения каждого компьютера с другими компьютерами в локальной сети с помощью T– (terminator терминаторов).

Рисунок 4

Используется в основном для сетей типа 10Base-2 Ethernet.

Эта конфигурация поддерживает передачу данных со скорость до 10 Мбит/с на максимальное расстояние до 185 м между повторителями.

2. Thicnet.

Является более толстым и более дорогим коаксиальным кабелем. По конструкции он схож с предыдущим, но менее гибок. Используется как основа для сетей 10Base-5 Ethernet. Этот кабель имеет маркировку RG-8 или RG-11, приблизительно 12 мм в диаметре. Он используется в виде линейной шины. Для подключения к каждой сетевой плате используется специальный внешний трансивер AUI (Attachment unit interface) и «вампир» (ответвление), пронизывающие оболочку кабеля для получения доступа к проводу.

Имеет толстый центральный проводник, который обеспечивает надежную передачу данных на расстояние до 500 м на сегмент кабеля. Часто используется для создания соединительных магистралей. Скорость передачи данных до 10 Мбит/с.

2.1.3 Оптоволоконный кабель.

Обеспечивают превосходную скорость передачи информации на большие расстояния. Они не восприимчивы к электромагнитному шуму и подслушиванию.

Он состоит из центрального стеклянного или пластикового проводника, окруженного другим слоем стеклянного или пластикового покрытия, и внешней защитной оболочки. Данные передаются по кабелю с помощью лазерного или светодиодного передатчика, который посылает однонаправленные световые импульсы через центральное стеклянное волокно. Стеклянное покрытие помогает поддерживать фокусировку света во внутреннем проводнике. На другом конце проводника сигнал принимается фотодиодным приемником, преобразующем световые сигналы в электрический сигнал.

Скорость передачи данных для оптоволоконного кабеля достигает от 100 Мбит/с до 2Гбит/с. Данные могут быть надежно переданы на расстояние до 2 км без повторителя.

Световые импульсы двигаются только в одном направлении, поэтому необходимо иметь два проводника: входящий и исходящий кабели.

Этот кабель сложен в установке, является самым дорогим типом кабеля.

2.2 Беспроводные технологии

Методы беспроводной передачи данных являются более удобной формой. Беспроводные технологии различаются по типам сигналов, частоте, расстоянию передачи.

Тремя главными типами беспроводной передачи данных являются: радиосвязь, связь в микроволновом диапазоне, инфракрасная связь.

2.2.1 Радиосвязь.

Технологии радиосвязи пересылают данные на радиочастотах и практически не имеют ограничений на дальность. Используется для соединения локальных сетей на больших географических расстояниях.

Недостатки:

– радиопередача имеет высокую стоимость;

– подлежит государственному регулированию;

– крайне чувствительна к электронному или атмосферному влиянию;

– подвержена перехвату, поэтому требует шифрования.

2.2.2 Связь в микроволновом диапазоне.

Поддерживает передачу данных в микроволновом диапазоне, использует высокие частоты и применяется как на коротких расстояниях, так и в глобальной коммуникациях.

Ограничение: передатчик и приемник должны быть в зоне прямой видимости друг друга.

Широко используется в глобальной передаче информации с помощью спутников и наземных спутниковых антенн.

2.2.3 Инфракрасная связь.

Функционирует на высоких частотах, приближающихся к частотам видимого света. Могут быть использованы для установления двусторонней или широковещательной передачи данных на близкие расстояния. Обычно используют светодиоды для передачи инфракрасных волн приемнику.

Эти волны могут быть физически заблокированы и испытывают интерференцию с ярким светом, поэтому передача ограничена малыми расстояниями.

2.3 Параметры кабелей

При проектировании кабельных систем для локальных сетей накоплен большой опыт, на основе которого могут быть сформулированы общие рекомендации по организации таких систем. Более того, существуют стандарты под общим названием "структурированные кабельные системы (СКС)", которые особенно актуальны для вновь создаваемых или реконструируемых относительно больших локальных сетей на уровне предприятия. Для сравнительно небольших локальных сетей создание сертифицированной СКС, которое предполагает работу приглашенных специалистов, резонно рассматривается как излишняя роскошь. Ниже перечислены общие рекомендации по созданию кабельных систем, являющихся фактически "подмножеством" не детализированных требований стандартов СКС.

При планировании сети или расширении существующей сети необходимо четко рассмотреть несколько вопросов, касающихся кабелей: стоимость, расстояние, скорость передачи данных, легкость установки, количество поддерживаемых узлов.

Сравнение типов кабелей по скорости передачи данных, стоимости кабелей, сложности установки, максимального расстояния передачи данных представлено в таблице 2.1.

Количество узлов на сегмент и узлов в сети при построении сетей с различным использованием кабелей представлено в таблице 2.2.

Таблица 2.1 – Сравнительная характеристика кабелей

Тип	Скорость, Мбит/с	Длина, м	Установка	Цена
10Base-T	10	100	Легкая	Самый дешевый
100Base-T	100	100	Легка	Дороже
Экранированная витая пара	16-155	100	Средней сложности	Еще дороже
10Base-2	10	185	Средней сложности	Недорогой
10Base-5	10	500	Сложнее, чем пред.	Дороже большинства кабелей
Оптоволокно	100-2000	2000	Самая сложная	Самый дорогой

Таблица 2.2 – Количество узлов в зависимости от типа сети

Тип сети	Узлов на сегмент	Узлов на сеть
10Base-T	1	1024
10Base-F	3	1024
100Base-T	1	1024
10Base-2 (5 сегментов, только в 3-х могут быть сервера)	30	900 (1024)
10Base-5 (5 сегментов, только в 3-х могут быть сервера)	100	1024

3 Обмен данных в сети

3.1 Общие понятия. Протокол. Стек протоколов.

Главная цель, которая преследуется при соединении компьютеров в сеть, – это возможность использования ресурсов каждого компьютера всеми пользователями сети. Для того чтобы реализовать эту возможность, компьютеры, подсоединенные к сети, должны иметь необходимые для этого средства взаимодействия с другими компьютерами сети.

Задача разделения сетевых ресурсов включает в себя решение множества проблем – выбор способа адресации компьютеров и согласование электрических сигналов при установлении электрической связи, обеспечение надежной передачи данных и обработка сообщений об ошибках, формирование отправляемых и интерпретация полученных сообщений, а также много других не менее важных задач.

Обычным подходом при решении сложной проблемы является ее разбиение на несколько частных проблем – подзадач. Для решения каждой подзадачи назначается некоторый модуль. При этом четко определяются функции каждого модуля и правила их взаимодействия.

Частным случаем декомпозиции задачи является многоуровневое представление, при котором все множество модулей, решающих подзадачи, разбивается на иерархически упорядоченные группы – уровни. Для каждого уровня определяется набор функций-запросов, с которыми к модулям данного уровня могут обращаться модули вышележащего уровня для решения своих задач.

Такой набор функций, выполняемых данным уровнем для выше лежащего уровня, а также форматы сообщений, которыми обмениваются два соседних уровня в ходе своего взаимодействия, называется интерфейсом.

Правила взаимодействия двух машин могут быть описаны в виде набора процедур для каждого из уровней. Такие формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколами[10].

Согласованный набор протоколов разных уровней, достаточный для организации межсетевого взаимодействия, называется стеком протоколов.

При организации взаимодействия могут быть использованы два основных типа протоколов. В протоколах с установлением соединения (connection-oriented network service, CONS) перед обменом данными отправитель и получатель должны сначала установить логическое соединение, то есть договориться о параметрах процедуры обмена, которые будут действовать только в рамках данного соединения. После завершения диалога они должны разорвать это соединение. Когда устанавливается новое соединение, переговорная процедура выполняется заново.

Вторая группа протоколов - протоколы без предварительного установления соединения (connectionless network service, CLNS). Такие протоколы называются также дейтаграммными протоколами. Отправитель просто передает сообщение, когда оно готово.

3.2 Модель ISO/OSI

Из того что протокол является соглашением, принятым двумя взаимодействующими объектами, в данном случае двумя работающими в сети компьютерами, совсем не следует, что он обязательно представляет собой стандарт. Но на практике при реализации сетей стремятся использовать стандартные протоколы. Это могут быть фирменные, национальные или международные стандарты.

Международная Организация по Стандартам (International Standards Organization, ISO) разработала модель, которая четко определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какую работу должен делать каждый уровень. Эта модель называется моделью взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) или моделью ISO/OSI.

В модели OSI взаимодействие делится на семь уровней или слоев (см. рисунок1). Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимодействия. Таким образом, проблема взаимодействия декомпозирована на 7 частных проблем, каждая из которых может быть решена независимо от других. Каждый уровень поддерживает интерфейсы с выше- и нижележащими уровнями.

Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, не касаясь приложений конечных пользователей. Приложения реализуют свои собственные протоколы взаимодействия, обращаясь к системным средствам. Следует иметь в виду, что приложение может взять на себя функции некоторых верхних уровней модели OSI, в таком случае, при необходимости межсетевого обмена оно обращается напрямую к системным средствам, выполняющим функции оставшихся нижних уровней модели OSI.

Приложение конечного пользователя может использовать системные средства взаимодействия не только для организации диалога с другим приложением, выполняющимся на другой машине, но и просто для получения услуг того или иного сетевого сервиса.

Итак, пусть приложение обращается с запросом к прикладному уровню, например к файловому сервису. На основании этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата, в которое помещает служебную информацию (заголовок) и, возможно, передаваемые данные. Затем это сообщение направляется представительному уровню.

Представительный уровень добавляет к сообщению свой заголовок и передает результат вниз сеансовому уровню, который в свою очередь добавляет свой заголовок и т.д.

Наконец, сообщение достигает самого низкого, физического уровня, который действительно передает его по линиям связи.

Когда сообщение по сети поступает на другую машину, оно последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует, обрабатывает и удаляет заголовок своего уровня, выполняет соответствующие данному уровню функции и передает сообщение вышележащему уровню.

Рисунок 5

Кроме термина "сообщение" (message), существуют и другие названия, используемые сетевыми специалистами для обозначения единицы обмена данными. В стандартах ISO для протоколов любого уровня используется такой термин, как "протокольный блок данных" - Protocol Data Unit (PDU). Кроме этого, часто используются названия кадр (frame), пакет (packet), дейтаграмма (datagram).

3.3 Функции уровней модели ISO/OSI

Физический уровень. Этот уровень имеет дело с передачей битов по физическим каналам, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов, такие как требования к фронтам импульсов, уровням напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме этого, здесь стандартизуются типы разъемов и назначение каждого контакта.

Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.

Канальный уровень. Одной из задач канального уровня является проверка доступности среды передачи. Другой задачей канального уровня является реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами (frames). Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, помещая специальную последовательность бит в начало и конец каждого кадра, чтобы отметить его, а также вычисляет контрольную сумму, суммируя все байты кадра определенным способом и добавляя контрольную сумму к кадру. Когда кадр приходит, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется ошибка.

В протоколах канального уровня, используемых в локальных сетях, заложена определенная структура связей между компьютерами и способы их адресации. Хотя канальный уровень и обеспечивает доставку кадра между любыми двумя узлами локальной сети, он это делает только в сети с совершенно определенной топологией связей, именно той топологией, для которой он был разработан. К таким типовым топологиям, поддерживаемым протоколами канального уровня локальных сетей, относятся общая шина, кольцо и звезда. Примерами протоколов канального уровня являются протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

Сетевой уровень. Этот уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с различными принципами передачи информации между конечными узлами.

Сообщения сетевого уровня принято называть пакетами (packets). При организации доставки пакетов на сетевом уровне используется понятие "номер сети". В этом случае адрес получателя состоит из номера сети и номера компьютера в этой сети.

Для того чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, получателю, находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач (hops) между сетями, каждый раз выбирая подходящий маршрут. Таким образом, маршрут представляет собой последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет.

Проблема выбора наилучшего пути называется маршрутизацией и ее решение является главной задачей сетевого уровня. Эта проблема осложняется тем, что самый короткий путь не всегда самый лучший. Часто критерием при выборе маршрута является время передачи данных по этому маршруту, оно зависит от пропускной способности каналов связи и интенсивности трафика, которая может изменяться с течением времени.

На сетевом уровне определяется два вида протоколов. Первый вид относится к определению правил передачи пакетов с данными конечных узлов от узла к маршрутизатору и между маршрутизаторами. Именно эти протоколы обычно имеют в виду, когда говорят о протоколах сетевого уровня. К сетевому уровню относят и другой вид протоколов, называемых протоколами обмена маршрутной информацией. С помощью этих протоколов маршрутизаторы собирают информацию о топологии межсетевых соединений. Протоколы сетевого уровня реализуются программными модулями операционной системы, а также программными и аппаратными средствами маршрутизаторов.

Примерами протоколов сетевого уровня являются протокол межсетевого взаимодействия IP стека TCP/IP и протокол межсетевого обмена пакетами IPX стека Novell.

Транспортный уровень. На пути от отправителя к получателю пакеты могут быть искажены или утеряны. Хотя некоторые приложения имеют собственные средства обработки ошибок, существуют и такие, которые предпочитают сразу иметь дело с надежным соединением. Работа транспортного уровня заключается в том, чтобы обеспечить приложениям или верхним уровням стека - прикладному и сеансовому - передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем.

Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программными средствами конечных узлов сети - компонентами их сетевых операционных систем. В качестве примера транспортных протоколов можно привести протоколы TCP и UDP стека TCP/IP и протокол SPX стека Novell.

Сеансовый уровень. Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом для того, чтобы фиксировать, какая из сторон является активной в настоящий момент, а также предоставляет средства синхронизации. Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке вместо того, чтобы начинать все с начала. На практике немногие приложения используют сеансовый уровень, и он редко реализуется.

Уровень представления. Этот уровень обеспечивает гарантию того, что информация, передаваемая прикладным уровнем, будет понятна прикладному уровню в другой системе. При необходимости уровень представления выполняет преобразование форматов данных в некоторый общий формат представления, а на приеме, соответственно, выполняет обратное преобразование. Таким образом, прикладные уровни могут преодолеть, например, синтаксические различия в представлении данных. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которому секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных сервисов. Примером протокола, работающего на уровне представления, является протокол Secure Socket Layer (SSL), который обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.

Прикладной уровень. Прикладной уровень - это в действительности просто набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам таким, как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением (message).

Существует очень большое разнообразие протоколов прикладного уровня. Приведем в качестве примеров хотя бы несколько наиболее распространенных реализаций файловых сервисов: NCP - в операционной системе Novell NetWare, SMB - в Microsoft Windows NT, NFS, FTP и TFTP, входящие в стек TCP/IP.

3.4 Протоколы взаимодействия приложений и протоколы транспортной подсистемы

Функции всех уровней модели OSI могут быть отнесены к одной из двух групп: либо к функциям, зависящим от конкретной технической реализации сети, либо к функциям, ориентированным на работу с приложениями.

Три нижних уровня - физический, канальный и сетевой - являются сетезависимыми, то есть протоколы этих уровней тесно связаны с технической реализацией сети, с используемым коммуникационным оборудованием.

Три верхних уровня - сеансовый, уровень представления и прикладной - ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей построения сети. На протоколы этих уровней не влияют никакие изменения в топологии сети, замена оборудования или переход на другую сетевую технологию.

Транспортный уровень является промежуточным, он скрывает все детали функционирования нижних уровней от верхних уровней. Это позволяет разрабатывать приложения, не зависящие от технических средств, непосредственно занимающихся транспортировкой сообщений.

Компьютер, с установленной на нем сетевой ОС, взаимодействует с другим компьютером с помощью протоколов всех семи уровней. Это взаимодействие компьютеры осуществляют через различные коммуникационные устройства: концентраторы, модемы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, мультиплексоры.

Рисунок 6-Сетезависимые и сетенезависимые модели OSI

Рисунок 6 показывает уровни модели OSI, на которых работают различные элементы сети.

В зависимости от типа, коммуникационное устройство может работать либо только на физическом уровне (повторитель), либо на физическом и канальном (мост и коммутатор), либо на физическом, канальном и сетевом, иногда захватывая и транспортный уровень (маршрутизатор).

3.5 Функциональное соответствие видов коммуникационного оборудования уровням модели OSI

Лучшим способом для понимания отличий между сетевыми адаптерами, повторителями, мостами/коммутаторами и маршрутизаторами является рассмотрение их работы в терминах модели OSI. Соотношение между функциями этих устройств и уровнями модели OSI показано на рисунке 7.

Рисунок 7-Соответствие функции

коммуникационного оборудования модели OSI

Повторитель, который регенерирует сигналы, за счет чего позволяет увеличивать длину сети, работает на физическом уровне.

Сетевой адаптер работает на физическом и канальном уровнях. К физическому уровню относится та часть функций сетевого адаптера, которая связана с приемом и передачей сигналов по линии связи, а получение доступа к разделяемой среде передачи, распознавание МАС-адреса компьютера - это уже функция канального уровня.

Мосты выполняют большую часть своей работы на канальном уровне. Для них сеть представляется набором МАС-адресов устройств. Они извлекают эти адреса из заголовков, добавленных к пакетам на канальном уровне, и используют их во время обработки пакетов для принятия решения о том, на какой порт отправить тот или иной пакет. Мосты не имеют доступа к информации об адресах сетей, относящейся к более высокому уровню. Поэтому они ограничены в принятии решений о возможных путях или маршрутах перемещения пакетов по сети.

Маршрутизаторы работают на сетевом уровне модели OSI. Для маршрутизаторов сеть - это набор сетевых адресов устройств и множество сетевых путей. Маршрутизаторы анализируют все возможные пути между любыми двумя узлами сети и выбирают самый короткий из них. При выборе могут приниматься во внимание и другие факторы, например, состояние промежуточных узлов и линий связи, пропускная способность линий или стоимость передачи данных.

Для того чтобы маршрутизатор мог выполнять возложенные на него функции ему должна быть доступна более развернутая информация о сети, нежели та, которая доступна мосту. В заголовке пакета сетевого уровня, кроме сетевого адреса, имеются данные, например, о критерии, который должен быть использован при выборе маршрута, о времени жизни пакета в сети, о том, какому протоколу верхнего уровня принадлежит пакет.

Благодаря использованию дополнительной информации, маршрутизатор может осуществлять больше операций с пакетами, чем мост/коммутатор. Поэтому программное обеспечение, необходимое для работы маршрутизатора, является более сложным.

На рисунке 7 показан еще один тип коммуникационных устройств - шлюз, который может работать на любом уровне модели OSI. Шлюз (gateway) - это устройство, выполняющее трансляцию протоколов. Шлюз размещается между взаимодействующими сетями и служит посредником, переводящим сообщения, поступающие из одной сети, в формат другой сети. Шлюз может быть реализован как чисто программными средствами, установленными на обычном компьютере, так и на базе специализированного компьютера. Трансляция одного стека протоколов в другой представляет собой сложную интеллектуальную задачу, требующую максимально полной информации о сети, поэтому шлюз использует заголовки всех транслируемых протоколов.

3.6 Спецификация IEEE 802

Примерно в то же время, когда появилась модель OSI, была опубликована спецификация IEEE 802, которая фактически расширяет сетевую модель OSI. Это расширение происходит на канальном и физическом уровнях, которые определяют как более чем один компьютер могут получить доступ к сети, избежав конфликтов с другими компьютерами сети.

Этот стандарт детализирует эти уровни посредством разбиения канального уровня на 2 подуровня:

– Logical Link Control (LLC) – подуровень управления логической связью. Управляет связями между каналами данных и определяет использование точек логического интерфейса, называемых Services Access Point (Точки доступа у службам), которые другими компьютерами могут использоваться для передачи информации на верхние уровни модели OSI;

– Media Access Control (MAC) – подуровень управления доступом к устройствам. Предоставляет параллельный доступ для нескольких сетевых адаптеров на физическом уровне, имеет прямое взаимодействие с сетевой картой компьютера и отвечает за обеспечение безошибочной передачи данных между компьютерами в сети.

Таблица 3.1 – Параметры базовых вариантов стандартных сетей

3.7 По стеку протоколов

Набор протоколов (или стек протоколов) представляет собой сочетание протоколов, которые совместно работают для обеспечения сетевого взаимодействия. Эти наборы протоколов обычно разбивают на три группы, соответствующие сетевой модели OSI:

– сетевые;

– транспортные;

– прикладные.

Сетевые протоколы предоставляют следующие услуги:

– адресацию и маршрутизацию информации;

– проверку на наличие ошибок;

– запрос повторной передачи;

– установление правил взаимодействия в конкретной сетевой среде.

Популярные сетевые протоколы:

– DDP (Delivery Datagram Protocol – Протокол доставки дейтаграмм). Протокол передачи данных Apple, используемый в AppleTalk.

– IP (Internet Protocol – Протокол Интернет). Часть набора протоколов TCP/IP, обеспечивающая адресную информацию и информацию о маршрутизации.

– IPX (Internetwork Packet eXchange – Межсетевой обмен пакетами) и NWLink. Протокол сетей Novell NetWare (и реализация этого протокола фирмой Microsoft), используемый для маршрутизации и направления пакетов.

– NetBEUI. Разработанный совместно IBM и Microsoft, этот протокол обеспечивает транспортные услуги для NetBIOS.

Транспортные протоколы отвечают за обеспечение надежной транспортировки данных между компьютерами.

Популярные транспортные протоколы:

– ATP (AppleTalk Transaction Protocol – Транзакционный протокол AppleTalk) и NBP (Name Binding Protocol – Протокол связывания имен). Сеансовый и транспортный протоколы AppleTalk.

– NetBIOS/NetBEUI. Первый – устанавливает соединение между компьютерами, а второй – предоставляет услуги передачи данных для этого соединения.

– SPX (Sequenced Packet exchange – Последовательный обмен пакетами) и NWLink. Ориентированный на соединения протокол Novell, используемый для обеспечения доставки данных (и реализация этого протокола фирмой Microsoft).

– TCP (Transmission Control Protocol – Протокол управления передачей). Часть набора протоколов TCP/IP, отвечающая за надежную доставку данных.

Прикладные протоколы, ответственные за взаимодействие приложений.

Популярные прикладные протоколы:

– AFP (AppleTalk File Protocol – Файловій протокол AppleTalk). Протокол удаленного управления файлами Macintosh.

– FTP (File Transfer Protocol – Протокол передачи данных). Еще один член набора протоколов TCP/IP, используемый для обеспечения услуг по передаче файлов.

– NCP (NetWare Core Protocol – Базовый протокол NetWare). Оболочка и редиректоры клиента Novell.

– SMTP (Simple Mail Transport Protocol – Простой протокол передачи почты). Член набора протоколов TCP/IP, отвечающий за передачу электронной почты.

– SNMP (Simple Network Management Protocol – Простой протокол управления сетью). Протокол TCP/IP, используемый для управления и наблюдения за сетевыми устройствами.

4 Сетевое оборудование и топологии

4.1 Сетевые компоненты

Существует множество сетевых устройств, которые можно использовать для создания, сегментирования и усовершенствования сети.

4.1.1 Сетевые карты [11].

Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) - это периферийное устройство компьютера, непосредственно взаимодействующее со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами. Это устройство решает задачи надежного обмена двоичными данными, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, по внешним линиям связи. Как и любой контроллер компьютера, сетевой адаптер работает под управлением драйвера операционной системы.

В большинстве современных стандартов для локальных сетей предполагается, что между сетевыми адаптерами взаимодействующих компьютеров устанавливается специальное коммуникационное устройство (концентратор, мост, коммутатор или маршрутизатор), которое берет на себя некоторые функции по управлению потоком данных.

Сетевой адаптер обычно выполняет следующие функции:

– Оформление передаваемой информации в виде кадра определенного формата. Кадр включает несколько служебных полей, среди которых имеется адрес компьютера назначения и контрольная сумма кадра.

– Получение доступа к среде передачи данных. В локальных сетях в основном применяются разделяемые между группой компьютеров каналы связи (общая шина, кольцо), доступ к которым предоставляется по специальному алгоритму (наиболее часто применяются метод случайного доступа или метод с передачей маркера доступа по кольцу).

– Кодирование последовательности бит кадра последовательностью электрических сигналов при передаче данных и декодирование при их приеме. Кодирование должно обеспечить передачу исходной информацию по линиям связи с определенной полосой пропускания и определенным уровнем помех таким образом, чтобы принимающая сторона смогла распознать с высокой степенью вероятности посланную информацию.

– Преобразование информации из параллельной формы в последовательную и обратно. Эта операция связана с тем, что в вычислительных сетях информация передается в последовательной форме, бит за битом, а не побайтно, как внутри компьютера.

– Синхронизация битов, байтов и кадров. Для устойчивого приема передаваемой информации необходимо поддержание постоянного синхронизма приемника и передатчика информации.

Сетевые адаптеры различаются по типу и разрядности используемой в компьютере внутренней шины данных - ISA, EISA, PCI, MCA.

Сетевые адаптеры различаются также по типу принятой в сети сетевой технологии - Ethernet, Token Ring, FDDI и т.п. Как правило, конкретная модель сетевого адаптера работает по определенной сетевой технологии (например, Ethernet).

В связи с тем, что для каждой технологии сейчас имеется возможность использования различных сред передачи, сетевой адаптер может поддерживать как одну, так и одновременно несколько сред. В случае, когда сетевой адаптер поддерживает только одну среду передачи данных, а необходимо использовать другую, применяются трансиверы и конверторы.

Трансивер (приемопередатчик, transmitter+receiver) - это часть сетевого адаптера, его оконечное устройство, выходящее на кабель. В вариантах Ethernet'а оказалось удобным выпускать сетевые адаптеры с портом AUI, к которому можно присоединить трансивер для требуемой среды.

Вместо подбора подходящего трансивера можно использовать конвертор, который может согласовать выход приемопередатчика, предназначенного для одной среды, с другой средой передачи данных (например, выход на витую пару преобразуется в выход на коаксиальный кабель).

4.1.2 Повторители и усилители.

Как говорилось ранее, сигнал при перемещении по сети ослабевает. Чтобы предотвратить это ослабление, можно использовать повторители и (или) усилители, которые усиливают сигнал, проходящий через них.

Повторители (repeater) используются в сетях с цифровым сигналом для борьбы с затуханием (ослаблением) сигнала. Когда репитер получает ослабленный сигнал, он очищает этот сигнал, усиливает и посылает следующему сегменту.

Усилители (amplifier), хоть и имеют схожее назначение, используются для увеличения дальности передачи в сетях, использующих аналоговый сигнал. Это называется широкополосной передачей. Носитель делится на несколько каналов, так что разные частоты могут передаваться параллельно.

Обычно сетевая архитектура определяет максимальное количество повторителей, которые могут быть установлены в отдельной сети. Причиной этого является феномен, известный как «задержка распространения». Период, требуемый каждому повторителю для очистки и усиления сигнала, умноженный на число повторителей, может приводить к заметным задержкам передачи данных по сети.

4.1.3 Концентраторы.

Концентратор (HUB) представляет собой сетевое устройство, действующее на физическом уровне сетевой модели OSI, служащее в качестве центральной точки соединения и связующей линии в сетевой конфигурации «звезда».

Существует три основных типа концентраторов:

– пассивные (passive);

– активные (active);

– интеллектуальные (intelligent).

Пассивные концентраторы не требуют электроэнергии и действуют как физическая точка соединения, ничего не добавляя к проходящему сигналу).

Активные требуют энергию, которую используют для восстановления и усиления сигнала.

Интеллектуальные концентраторы могут предоставлять такие сервисы, как переключение пакетов (packet switching) и перенаправление трафика (traffic riuting).

4.1.4 Мосты.

Мост (bridge) представляет собой устройство, используемое для соединения сетевых сегментов.

Мосты можно рассматривать как усовершенствование повторителей, так как они уменьшают загрузку сети: мосты считывают адрес сетевой карты (MAC address) компьютера-получателя из каждого входящего пакета данных и просматривают специальные таблицы, чтобы определить, что делать с пакетом.

Рисунок 8 - Схема сетевого моста

Мост является активным устройством, которое способно адаптироваться к изменениям в окружающей сетевой среде. При этом пакеты, отправленные из сегмента А и адресованные устройству, которое подключено к этому же сегменту, никогда не попадут в сегмент Б и наоборот. Через мост проходят лишь пакета, отправленные из сети А в Б или из Б в А.

Мосты при разумном перераспределении серверов и рабочих станций по сетевым сегментам позволяют выровнять и даже эффективно снизить среднюю сетевую загрузку.

Мост функционирует на канальном уровне сетевой модели OSI.

Мост функционирует как повторитель, он получает данные из любого сегмента, но он более разборчив, чем повторитель. Если получатель находится в том же физическом сегменте, что и мост, то мост знает, что пакет больше не нужен. Если получатель находится в другом сегменте, мост знает, что пакет надо переслать.

Эта обработка позволяет уменьшить загрузку сети, поскольку сегмент не будет получать сообщений, которые к нему не относятся.

Мосты могут соединять сегменты, которые используют разные типы носителей (10BaseT, 10Base2), а также с разными схемами доступа к носителю (Ethernet, Token Ring). Функциональная схема работы моста показана на рисунке 9. Сети, между которыми включается мост, не обязательно должны работать согласно идентичным протоколам. Возможны мосты между Ethernet и Token Ring или между Ethernet и ATM.

Рисунок 9 - Блок-схема работы сетевого моста

Мост, имеющий более двух портов, называется коммутатором. Первый коммутатор был разработан фирмой Калпане в 1991 году. Иногда коммутаторы называются маршрутизаторами, тем более, что некоторые из них поддерживают внутренние протоколы маршрутизации (например, RIP). Коммутаторы имеют внутреннюю параллельную магистраль очень высокого быстродействия (от десятков мегабайт до гигабайт в сек.). Эта магистраль позволяет коммутатору совместить преимущества повторителя (быстродействие) и моста (разделение информационных потоков) в одном устройстве. Схемы реализации коммутаторов варьируются значительно, каких-либо единых стандартов не существует. Алгоритм работы с адресами здесь тот же, что и в случае мостов. На рисунок 4 приведена схема 8-входового коммутатора.

4.1.5 Маршрутизаторы.

Маршрутизатор (router) представляет собой сетевое коммуникационное устройство, работающее на сетевом уровне сетевой модели, и может связывать два и более сетевых сегментов (или подсетей).

Он функционирует подобно мосту, но для фильтрации трафика он использует не адрес сетевой карты компьютера, а информацию о сетевом адресе, передаваемую в относящейся к сетевому уровню части пакета.

После получения этой информации маршрутизатор использует таблицу маршрутизации, чтобы определить, куда направить пакет.

Существует два типа маршрутизирующих устройств: статические и динамические. Первые используют статическую таблицу маршрутизации, которую должен создавать и обновлять сетевой администратор. Вторые – создают и обновляют свои таблицы сами.

Маршрутизаторы могут уменьшить загрузку сети, увеличить пропускную способность, а также повысить надежность доставки данных.

Маршрутизатором может быть как специальное электронное устройство, так и специализированный компьютер, подключенный к нескольким сетевым сегментам с помощью нескольких сетевых карт.

Он может связывать несколько небольших подсетей, использующих различные протоколы, если используемые протоколы поддерживают маршрутизацию. Маршрутизируемые протоколы обладают способностью перенаправлять пакеты данных в другие сетевые сегменты (TCP/IP, IPX/SPX). Не маршрутизируемый протокол – NetBEUI. Он не может работать за пределами своей собственной подсети.

4.1.6 Шлюзы.

Шлюз (gateway) представляет собой метод осуществления связи между двумя и более сетевыми сегментами. Позволяет взаимодействовать несходным системам в сети (Intel и Macintosh).

Другой функцией шлюзов является преобразование протоколов. Шлюз может получить протокол IPX/SPX, направленный клиенту, использующему протокол TCP/IP, на удаленном сегменте. Шлюз преобразует исходный протокол в требуемый протокол получателя.

Шлюз функционирует на транспортном уровне сетевой модели. Модемы и мультиплексоры/ демультиплексоры.

Само название этого прибора происходит от имеющихся в нем модулятора и демодулятора. Современный модем можно отнести к числу устройств с наибольшим числом современных технологий на кубический сантиметр. Разнообразие модемов огромно. Они различаются по конструкции, по используемым протоколам, по характеру интерфейсов и т.д. Основное назначение модема оптимальное преобразование цифрового сигнала в аналоговый для передачи его по каналу связи и, соответственно, обратное преобразование на принимающей стороне. Под “оптимальным преобразованием” понимается такое, которое обеспечивает надежность связи, улучшает отношение сигнал шум и как следствие пропускную способность канала. Это преобразование необходимо для обеспечения улучшения отношения сигнал-шум. В качестве канала передачи данных может быть использована городская телефонная сеть, выделенная линия или радио-канал. Схема взаимодействия модемов показана на рисунке 10.

Рисунок 10 - Схема соединения двух модемов (М1 и М2) через канал

В качестве последовательного интерфейса может выступать RS-232, V.35, G.703 и т.д.. Все модемы содержат в себе управляющий микропроцессор, постоянную память (ROM), куда записано фирменное программное обеспечение и интерпретатор команд, энергонезависимую память (NVRAM - non-volatile RAM), которая хранит конфигурационные профайлы модема, телефонные номера и т.д., буфер ввода/вывода (128-256 байт), сигнальный процессор (DSP), включающий в себя модулятор и демодулятор, интерфейс для связи с компьютером (RS-232) и оперативную память.

Первоначально модемы использовались для связи через традиционные коммутируемые телефонные линии. Так как такие линии содержат только два провода, а информационный обмен должен происходить в обоих направлениях одновременно, возникает проблема отделения передаваемого сигнала от приходящего из вне. Для выделенных четырехпроводных линий эта проблема значительно упрощается: здесь прием и передача осуществляется по разным скрученным парам, и эхо возникает лишь из-за перекрестных наводок (NEXT). Модемы подключаются к последовательным интерфейсам компьютера (COM-порт, RS-232), иногда для подключения модема используется специальная плата расширения, которая имеет дополнительные буферы и помогает достичь большего сжатия информации, существуют модемы, подключаемые и к параллельному порту компьютера. Модемы (микромодемы) могут работать не только через общедоступную телефонную сеть, они могут найти применение при соединении терминалов или компьютеров в пределах организации, если расстояние между ними исчисляются сотнями метров (а иногда и километрами). В этом случае они помогают повысить надежность связи и исключить влияние разностей потенциалов между земляными шинами соединяемого оборудования. Микромодемы не требуют подключения к сети переменного тока, так как получают питание через разъем последовательного интерфейса (RS-232).

Все протоколы модемов утверждаются международным телекоммуникационным союзом (ITU), ранее за это был ответственен Консультативный комитет CCITT. Асинхронные модемы поддерживают определенный набор команд, который был впервые применен фирмой hayes в модеме smartmodem 1200. Модемы, придерживающиеся этого стандарта, называются Hayes-совместимыми. Совместимость предполагает идентичность функций первых 28 управляющих регистров модема (всего модем может иметь более сотни регистров). Почти все внутренние команды начинаются с символов AT (attention) и имеют по три символа. По этой причине их иногда называют AT-командами. Hayes-совместимость гарантирует, что данный модем будет работать со стандартными терминальными программами. Реально набор команд для модемов разных производителей варьируется в широких пределах.

4.2 Типы сетевой топологии

Под топологией сети понимается описание ее физического расположения, то есть то, как компьютеры соединены в сети друг с другом и с помощью каких устройств входят в физическую топологию.

Существует четыре основных топологии:

– Bus (шина);

– Ring (кольцо);

– Star (звезда);

– Mesh (ячейка).

4.2.1 Шина.

Физическая топология шина, именуемая также линейной шиной, состоит из единственного кабеля, к которому присоединены все компьютеры сегмента (см. рисунок 11).

Сообщения посылаются по линии всем подключенным станциям вне зависимости от того, кто является получателем. Каждый компьютер проверяет каждый пакет в проводе, чтобы определить получателя пакета. Если пакет предназначен для другой станции, то компьютер отвергает его. Если пакет предназначен данному компьютеру, то он получит и обработает его.

Рисунок 11 – Топология «шина»

Главный кабель шины, известный как магистраль, имеет на обоих концах заглушки (терминаторы) для предотвращения отражения сигнала. Обычно в сетях с шинной топологией используется два типа носителя: толстый и тонкий Ethernet.

Недостатки:

– трудно изолировать неполадки станции или другого сетевого компонента;

– неполадки в магистральном кабеле могут привести к выходу из строя всей сети.

4.2.2 Кольцо.

Сеть Token-Ring (маркерное кольцо) была предложена компанией IBM в 1985 году (первый вариант появился в 1980 году). Она предназначалась для объединения в сеть всех типов компьютеров, выпускаемых IBM. Уже тот факт, что ее поддерживает компания IBM, крупнейший производитель компьютерной техники, говорит о том, что ей необходимо уделить особое внимание. Но не менее важно и то, что Token-Ring является в настоящее время международным стандартом IEEE 802.5 (хотя между Token-Ring и IEEE 802.5 есть незначительные отличия). Это ставит данную сеть на один уровень по статусу с Ethernet.

Разрабатывалась Token-Ring как надежная альтернатива Ethernet. И хотя сейчас Ethernet вытесняет все остальные сети, Token-Ring нельзя считать безнадежно устаревшей. Более 10 миллионов компьютеров по всему миру объединены этой сетью.

Компания IBM сделала все для максимально широкого распространения своей сети: была выпущена подробная документация, вплоть до принципиальных схем адаптеров. В результате многие компании, например, 3СOM, Novell, Western Digital, Proteon и другие приступили к производству адаптеров. Кстати, специально для этой сети, а также для другой сети IBM PC Network была разработана концепция NetBIOS. Если в созданной ранее сети PC Network программы NetBIOS хранились во встроенной в адаптер постоянной памяти, то в сети Token-Ring уже применялась эмулирующая NetBIOS программа. Это позволило более гибко реагировать на особенности аппаратуры и поддерживать совместимость с программами более высокого уровня.

В основу сети Token Ring (стандарт IEEE 802.5) положен маркерный метод доступа к разделяемой среде, в которой все станции сети соединены в кольцо.

Топология Ring (кольцо) используется в основном в сетях Token Ring и FDDI (волоконно-оптических).

В физической топологии «кольцо» линии передачи данных фактически образуют логическое кольцо, к которому подключены все компьютеры сети (см. рисунок 12).

Рисунок 12 – Топология «кольцо»

Доступ к носителю в кольце осуществляется посредством маркеров (token), которые пускаются по кругу от станции к станции, давая им возможность переслать пакет, если это нужно. Компьютер может посылать данные только тогда, когда владеет маркером.

Так как каждый компьютер при этой топологии является частью кольца, он имеет возможность пересылать любые полученные им пакеты данных, адресованные другой станции.

Недостатки:

– неполадки на одной станции могут привести к отказу всей сети;

– при переконфигурации любой части сети необходимо временно отключать всю сеть.

4.2.3 Звезда.

В топологии Star (звезда) все компьютеры в сети соединены друг с другом с помощью центрального концентратора (см. рисунок 13).

Все данные, которые посылает станция, направляются прямо на концентратор, который пересылает пакет в направлении получателя.

В этой топологии только один компьютер может посылать данные в конкретный момент времени. При одновременной попытке двух и более компьютеров переслать данные, все они получат отказ и будут вынуждены ждать случайный интервал времени, чтобы повторить попытку.

Эти сети лучше масштабируются, чем другие сети. Неполадки на одной станции не выводят из строя всю сеть. Наличие центрального концентратора облегчает добавление нового компьютера.

Недостатки:

– требует больше кабеля, чем остальные топологии;

– выход из строя концентратора выведет из строя весь сегмент сети.

Рисунок 13 – Топология «звезда»

4.2.3.1 Mesh.

Топология Mesh (ячейка) соединяет все компьютеры попарно (см. рисунок 14).

Рисунок 14 – Топология «ячейка»

Сети Mesh используют значительно большее количество кабеля, чем другие топологии. Эти сети значительно труднее устанавливать. Но эти сети устойчивы к сбоям (способны работать при наличии повреждений).

4.2.3.2 Смешанные топологии.

На практике существует множество комбинаций главных сетевых топологий. Рассмотрим основные из них.

Star Bus

Смешанная топология Star Bus (звезда на шине) объединяет топологии Шина и Звезда (см. рисунок 15).

Star Ring

Топология Star Ring (звезда на кольце) известна также под названием Star-wired Ring, поскольку сам концентратор выполнен как кольцо.

Эта сеть идентична топологии «звезда», но на самом деле концентратор соединен проводами как логическое кольцо.

Так же как и в физическом кольце, в этой сети посылаются маркеры для определения порядка передачи данных компьютерами.

Рисунок 15 – Топология «звезда на шине»

Hybrid Mesh

Поскольку реализация настоящей топологии Mesh в крупных сетях может быть дорогой, сеть топологии Hybrid Mesh может предоставить некоторые из существенных преимуществ настоящей сети Mesh.

В основном применяется для соединения серверов, хранящих критически важные данные (см. рисунок 16).

Рисунок 16 – Топология «гибридная ячейка»

4.3 Глобальные сети с коммутацией пакетов.

4.3.1 Сети X.25.

В 1976 году был принят стандарт X.25, который стал основой всемирной системы PSPDN (Packet-Switched Public Data Networks), базирующейся на 7-уровневой модели ISO OSI. Стандарт X.25 был усовершенствован в 1984г. X.25 - протокол определяет синхронный интерфейс между терминальным оборудованием (DTE - Data Terminal Equipment) и оборудованием передачи данных (DCE - Data Communication Equipment) для терминалов, работающих в пакетном режиме. По существу это протокол связи оборудования с сетью. Главный недостаток протокола X.25 - большие задержки отклика (типовое значение 0.6 сек). Терминалом может служить ЭВМ или любая другая система, удовлетворяющая требованиям X.25. Соединение DTE - DTE осуществляется через DCE. В протоколе X.25 DCE и DTE используют статистическое мультиплексирование с делением по времени. Одновременно могут реализовываться несколько обменных процессов.

Схема взаимодействия DTE и DCE выглядит как: DTE - <логический канал> - DCE <виртуальное соединение> - DCE - <логический канал> - DTE Асинхронный старт-стопный терминал подключается к сети коммутации пакетов через пакетный адаптер данных ПАД (PAD - packet assemble/disassemble) и отвечает рекомендациям X.3, X.28 и X.29. Один ПАД обеспечивает интерфейс для 8, 16 или 24 асинхронных терминалов. Пакет данных состоит обычно из 128 байтов, которые передаются по адресу, содержащемуся в пакете. Но длина пакета может лежать в пределах 64-4096 байтов. Размер пакета так же, как и величина окна (число пакетов, принимаемых без подтверждения) определяются на фазе установления канала. Прежде, чем пакет будет передан, необходимо установить связь между исходными ЭВМ/ПАД и адресуемыми ЭВМ/ПАД. Существуют два вида соединений: коммутируемый виртуальный канал (SVC) и постоянный виртуальный канал (PVC). Предусмотрены две процедуры доступа к каналу: Процедура доступа к каналу (LAP - link access procedure), в основе которой лежат симметричные операции режима асинхронного ответа (ARM - asynchronous response mode) протокола HDLC. Балансная процедура доступа к каналу (LAPB - link access procedure balanced) на основе асинхронного балансного режима (ABM - asynchronous balanced mode) протокола HDLC. Сетевой уровень реализуется с использованием 14 различных типов пакетов. Виртуальный канал описывается в общем формате пакета, как «логический канал». Логический канал имеет идентификатор, состоящий из 12 бит. Этот идентификатор обычно состоит из номера группы (4 бита) и номера логического канала (8 бит). В группе может быть до 256 логических каналов (за исключением группы 0, которая может иметь только 255 логических каналов). Возможное число групп - 16, поэтому теоретически возможное число виртуальных каналов для каждого соединения x.25 равно 4095 (16x256-1). Постоянный виртуальный канал (PVC - permanent virtual circuit) является аналогом выделенного канала. Коммутируемый виртуальный канал (SVC - switched virtual circuit - напоминает традиционный телефонный вызов) реализует обмен данными. Имеются три типа коммутируемых виртуальных каналов, работающие в дуплексном режиме, но отличающиеся направлением устанавливаемых соединений: входящий SVC, двунаправленный SVC и выходящий SVC. Адресат каждого пакета распознается с помощью идентификатора логического канала (LCI) или номера логического канала (LCN). SVC используются только на время соединения и становятся доступными для повторного использования после разъединения. Все типы пакетов, за исключением пакетов запроса повторного пуска, содержат идентификатор логического канала. Пакет запрос соединения в SVC является единственным типом пакетов, которые содержат адреса в соответствии с рекомендацией X.121. Для установки выходящего соединения через svc ЭВМ выбирает логический канал с наибольшим номером в группе и посылает пакет запрос соединения, содержащий выбранный номер группы канала, адрес получателя (в соответствии с рекомендацией X.121) и в отдельных случаях свой собственный адрес. При установлении входящего соединения центр коммутации пакетов (ЦКП) выбирает свободный логический канал с наименьшим номером в группе каналов порта адресуемой ЭВМ и помещает этот логический номер группы и канала в пакет входящий запрос соединения. После того как соединение через svc установлено, ЭВМ направляют свои пакеты, используя номера своих логических групп/каналов, а ЦПК в сети осуществляет транспортировку пакетов и преобразование номеров логических групп/каналов. Как только установленное по svc логическое соединение разъединяется, номера логических групп/каналов на обоих концах соединения освобождаются и становятся доступными для повторного использования. Соответствие между ЦКП/портом, выделенным для терминального оборудования, адресами (согласно рекомендациям x.121) и номерами логических каналов известно в сети только ЦКП. Выбор ЭВМ свободного канала с наибольшим номером при каждом выходящем соединении и выбор в ЦКП свободного канала с наименьшим номером для каждого входящего позволяют избежать конфликтов. С этой же целью используются две логические группы: одна только для входящих соединений, а другая только для выходящих. Перед подключением к сети пользователь должен определить, сколько pvc и svc требуется на каждую точку физического интерфейса x.25. Асинхронные терминалы подключаются к сети коммутации пакетов через встроенные или удаленные пакетные адаптеры данных (ПАД). Встроенный ПАД обычно располагается вместе с ЦКП в его стойке. В этом случае каждый асинхронный терминал, расположенный в удаленном месте, подключается к своему встроенному ПАД через отдельный канал связи (протокол Х.28). В альтернативном случае удаленный ПАД (небольшое отдельное устройство) может быть расположен в удаленном месте и подключается к своему ЦКП через канал связи (X.25). С помощью удаленного ПАД к ЦКП подключается 8-16 асинхронных терминалов. Встроенный ПАД может быть совместно использован несколькими терминалами, расположенными в различных местах, в то время как удаленный ПАД обслуживает терминалы, расположенные обычно в одном месте. Существует еще один аспект размещения ПАД, связанный с помехами в каналах связи и использованием протоколов. Удаленный ПАД подключается к ЦКП на канальном уровне в соответствии с рекомендацией X.25. В качестве протокола канала данных в рекомендации X.25 реализуется подмножество HDLC, обеспечивающее автоматическую повторную передачу данных в случае их искажения при возникновении помех в линии. Асинхронный терминал использует для диалога с групповым ПАД процедуры, описанные в рекомендации X.28, в которых не предусмотрена возможность повторной передачи в случае ошибки. Поэтому канал между синхронным терминалом и групповым ПАД не защищен от возникновения ошибок данных в результате линейных помех. Процедуры ПАД определены в рекомендациях МККТТ.

Рекомендация X.3: «Пакетный адаптер данных (ПАД) в сети передачи данных общего пользования».

Рекомендация X.28: «Интерфейс между терминальным оборудованием и оборудованием передачи данных (DCE) для старт-стопного оконечного оборудования, осуществляющего доступ к пакетному адаптеру данных в сетях общего пользования».

Рекомендация X.29: «Процедуры обмена управляющей информацией между терминальным оборудованием пакетного типа и пакетным адаптером (ПАД)».

Основные функции ПАД соответствуют рекомендациям X.3:

- сборка символов (полученных от асинхронных терминалов) в пакеты;

- разборка полей данных в пакетах и вывод данных на асинхронные терминалы;

- управление процедурами установления виртуального соединения и разъединения, сброса и прерывания;

- обеспечение механизма продвижения пакетов при наличии соответствующих условий, таких как заполнение пакета, получение символа (сигнала) на передачу пакета, истечение времени ожидания;

- передача символов, включающих стартстопные сигналы и биты проверки на четность, по требованию подключенного асинхронного терминала;

- обнаружение сигнала разрыв соединения от асинхронного терминала;

- редактирование последовательностей команд ПАД.

В постоянном запоминающем устройстве ПАД хранятся параметры. Эти параметры могут быть установлены либо асинхронным терминалом, подключенным к ПАД, либо любой ЭВМ в сети, которая удовлетворяет условиям рекомендации X.29. В рекомендации X.29 МККТТ эти параметры названы управляющей информацией. Поэтому необходимо квалифицировать данные, проходящие между ЭВМ и ПАД, либо как управляющую информацию (сообщения ПАД), либо как собственно данные от асинхронного терминала.

Сеть X.25 предоставляет пользователю старт-стопного терминала средства, позволяющие выбрать параметры ПАД с заранее определенными значениями. Пользователь посылает в ПАД команду выбора профайла, которая включает идентификатор профайла. Этим определяется один из нескольких стандартных профайлов, хранящихся в ПАД. Идентификатор профайла и параметр 11 ПАД (скорость терминала) включаются в «поле данных пользователя» пакетов типа запрос соединения, посылаемых ПАД. ЭВМ (ПАД) использует это поле, извлекая из него информацию о терминале, пославшем запрос. Пакетный терминал является интеллектуальным устройством (например, ЭВМ, или внешним ПАД’ом), которое обеспечивает синхронный обмен с сетью на скорости 2400, 4800, 9600 бит/c или 48 Кбит/с, используя трехуровневый протокол X.25.

Возможная топология сети X.25 показана на рисунке 17.

Рисунок 17

Из рисунке 17 видно, что подключение ЭВМ и другого терминального оборудования возможно как к встроенному, так и удаленному ПАД (протокол X.28), а также непосредственно к ЦКП (протокол X.25, X.29). Связи с удаленными объектами осуществляются через соответствующие модемы (на рисунке не показаны).

4.3.2 Интегрированные сети ISDN.

Название ISDN (integrated system digital network - интегрированные цифровые сети) было предложено в 1971 году. Основное назначение ISDN - передача 64-кбит/с по 4-килогерцной проводной линии и обеспечение интегрированных телекоммуникационных услуг (телефон, факс, данные и пр.). Использование для этой цели телефонных проводов имеет два преимущества: они уже существуют и могут использоваться для подачи питания на терминальное оборудование. Выбор 64 Кбит/c стандарта определен простыми соображениями. При 4-килогерцной полосе, согласно теореме Найквиста-Котельникова, частота стробирований должна быть не ниже 8 кГц. Минимальное число двоичных разрядов для представления результатов стробирования голосового сигнала при условии логарифмического преобразования равна 8. Таким образом, в результате перемножения этих чисел и получается значение полосы B-канала ISDN. Базовая конфигурация каналов имеет вид 20 B + D = 2∙64 +16 = 144 кбит/с. Помимо B-каналов и вспомогательного D-канала isdn может предложить и другие каналы с большей пропускной способностью: канал Н0 с полосой 384 Кбит/с, Н11 – 1536 и Н12 – 1920 Кбит/c (реальные скорости цифрового потока). Для первичных каналов (1544 и 2048 Кбит/с) полоса D-канала может составлять 64 Кбит/с. Число же телефонных аппаратов в мире приближается к миллиарду. Существует около 10 разновидностей протоколов ISDN (national ISDN-1 (США); at&t custom; euro-ISDN (Net3) и т.д.

ISDN предполагает, что по телекоммуникационным каналам передаются цифровые коды, следовательно аналоговые сигналы в случае телефона или факса должны быть преобразованы соответствующим образом, прежде чем их можно будет передать. При передаче цифровых сигналов используется кодово-импульсная модуляция, широкое внедрение этого метода передачи относится к началу 60-х годов. Чтобы обеспечить пропускную способность 64 Кбит/с по имеющимся телефонным проводам, не нарушая теоремы Шеннона, надо ставить ретрансляторы на расстоянии 2 км друг от друга (ведь ослабление сигнала в стандартном кабеле составляет около 15дБ/км). Последние достижения в телекоммуникационных технологиях существенно ослабили это ограничение.). Унификация скоростей передачи данных в ISDN способствует уменьшению объема оборудования, так как исключает необходимость межсетевых интерфейсов, согласующих быстродействие отдельных частей сети. Одной из наиболее массовых приложений ISDN является цифровая телефония. Человеческий голос можно удовлетворительно закодировать, используя лишь 6 бит, но вариации уровня входного сигнала приводит к тому, что нужно не менее 8 бит (с учетом логарифмической характеристики аналого-цифрового преобразователя - АЦП). Значения кодов, полученных в результате последовательных преобразований звука человеческой речи, сильно коррелированы, а это открывает дополнительные возможности для сжатия информации. Сети ISDN дали толчок развитию сетевой технологии.

Для иллюстрации взаимодействия различных частей ISDN рассмотрим рисунок18.

Рисунок 18 - Традиционная схема сети ISDN

Network termination 1 (NT-1) представляет собой прибор, который преобразует 2-проводную ISDN-линию, называемую u-интерфейсом, в 8-проводный S/T-интерфейс. Как правило, к точке Т может быть подключено только одно оконечное устройство. NT2 же предназначено для подключения большого числа разнотипного оборудования (функции NT1 и NT2 могут быть совмещены в одном приборе). Допускается объединение интерфейсов NT2 и TA; возможна работа нескольких NT1 с одним NT2. Интерфейс NT2 может обеспечивать внутриофисный трафик, образуя шину, к которой может подключаться несколько терминалов. Терминальное оборудование (TE) в режиме точка-точка может быть подключено к системе кабелем длиной до 1 км, реальным ограничением служит ослабление в 6 дБ на частоте 96 кГц. В режиме точка-мультиточка (до 8 терминалов) подсоединение производится параллельно, но длина шины в этом случае не должна превышать 200 м (временным ограничениям). Терминалы, чтобы не вносить искажений, должны иметь входное сопротивление не ниже 2500 Ом. Шина согласуется 100 омным сопротивлением, как со стороны NT1, так с противоположного удаленного конца (это справедливо для принимающих и передающих пар проводов). Оборудование, следующее рекомендациям ISDN, может подключаться в точках S и T.

Все виды услуг могут быть разделены на три группы по форме доступа к 64кбит/с:

- Услуги, для которых меняется лишь скорость исполнения (например, файловый обмен или электронная почта);

- Принципиально новые услуги, которые недоступны при низких скоростях обмена, например, факсимильная передача со скоростью 3-4 секунды на страницу (против 20-30 сек при низких скоростях); видеотекст (напр., Prestel в Англии, Minitel во Франции или Bildschirmtext в Германии);

- Услуги, абсолютно невозможные при скоростях ниже 64кб/с. Например, видеотелефон или высококачественная передача звука (G.722; ADPCM - adaptive differential pulse code modulation). Телефония часто использует каналы со скоростью передачи 32кбит/с (G.721). Полоса звукового сигнала равна 50 Гц - 20 кГц.

Эталонная конфигурация системы передачи и приема сигналов, а также подачи питания на терминальное оборудование показана на рисунке 19.

Рисунок 19 - Эталонная конфигурация системы передачи и приема сигналов, а также подачи питания на терминальное оборудование

4.3.2 Сеть Frame Relay.

Frame Relay первоначально замышлялся как протокол для использования в интерфейсах ISDN, и исходные предложения, представленные в CCITT в 1984 г., преследовали эту цель. Была также предпринята работа над Frame Relay в аккредитованном ANSI комитете по стандартам T1S1 в США.

Крупное событие в истории Frame Relay произошло в 1990 г., когда Cisco Systems, StrataCom, Northern Telecom и Digital Equipment Corporation образовали консорциум, чтобы сосредоточить усилия на разработке технологии Frame Relay и ускорить появление изделий Frame Relay, обеспечивающих взаимодействие сетей. Консорциум разработал спецификацию, отвечающую требованиям базового протокола Frame Relay, рассмотренного в T1S1 и CCITT; однако он расширил ее, включив характеристики, обеспечивающие дополнительные возможности для комплексных окружений межсетевого об'единения. Эти дополнения к Frame Relay называют обобщенно local management interface (LMI) (интерфейс управления локальной сетью).

Основы технологии.

Frame Relay обеспечивает возможность передачи данных с коммутацией пакетов через интерфейс между устройствами пользователя (например, маршрутизаторами, мостами, главными вычислительными машинами) и оборудованием сети (например, переключающими узлами). Устройства пользователя часто называют терминальным оборудованием (DTE), в то время как сетевое оборудование, которое обеспечивает согласование с DTE, часто называют устройством завершения работы информационной цепи (DCE). Сеть, обеспечивающая интерфейс Frame Relay, может быть либо общедоступная сеть передачи данных и использованием несущей, либо сеть с оборудованием, находящимся в частном владении, которая обслуживает отдельное предприятие.

В роли сетевого интерфейса, Frame Relay является таким же типом протокола, что и Х.25 (смотри Главу 13 "Х.25"). Однако Frame Relay значительно отличается от Х.25 по своим функциональным возможностям и по формату. В частности, Frame Relay является протоколом для линии с большим потоком информации, обеспечивая более высокую производительность и эффективность.

В роли интерфейса между оборудованием пользователя и сети Frame Relay обеспечивает средства для мультиплексирования большого числа логических информационных диалогов (называемых виртуальными цепями) через один физический канал передачи, которое выполняется с помощью статистики. Это отличает его от систем, использующих только технику временного мультиплексирования (TDM) для поддержания множества информационных потоков. Статистическое мультиплексирование Frame Relay обеспечивает более гибкое и эффективное использование доступной полосы пропускания. Оно может использоваться без применения техники TDM или как дополнительное средство для каналов, уже снабженных системами TDM.

Другой важной характеристикой Frame Relay является то, что она использует новейшие достижения технологии передачи глобальных сетей. Более ранние протоколы WAN такие как Х.25 были разработаны в то время, когда преобладали аналоговые системы передачи данных и медные носители. Эти каналы передачи данных значительно менее надежны, чем доступные сегодня каналы с волоконно-оптическим носителем и цифровой передачей данных. В таких каналах передачи данных протоколы канального уровня могут предшествовать требующим значительных временных затрат алгоритмам исправления ошибок, оставляя это для выполнения на более высоких уровнях протокола. Следовательно, возможны большие производительность и эффективность без ущерба для целостности информации. Именно эта цель преследовалась при разработке Frame Relay. Он включает в себя алгоритм проверки при помощи циклического избыточного кода (CRC) для обнаружения испорченных битов (из-за чего данные могут быть отвергнуты), но в нем отсутствуют какие-либо механизмы для корректирования испорченных данных средствами протокола (например, путем повторной их передачи на данном уровне протокола).

Другим различием между Frame Relay и Х.25 является отсутствие явно выраженного управления потоком для каждой виртуальной цепи. В настоящее время, когда большинство протоколов высших уровней эффективно выполняют свои собственные алгоритмы управления потоком, необходимость в этой функциональной возможности на канальном уровне уменьшилась. Таким образом, Frame Relay не включает явно выраженных процедур управления потоком, которые являются избыточными для этих процедур в высших уровнях. Вместо этого предусмотрены очень простые механизмы уведомления о перегрузках, позволяющие сети информировать какое-либо устройство пользователя о том, что ресурсы сети находятся близко к состоянию перегрузки. Такое уведомление может предупредить протоколы высших уровней о том, что может понадобиться управление потоком.

Стандарты Current Frame Relay адресованы перманентным виртуальным цепям (PVC), определение конфигурации которых и управление осуществляется административным путем в сети Frame Relay. Был также предложен и другой тип виртуальных цепей - коммутируемые виртуальные цепи (SVC). Протокол ISDN предложен в качестве средства сообщения между DTE и DCE для динамичной организации, завершения и управления цепями SVC. Подробная информацию о ISDN дана в Главе 11 "ISDN". Как T1S1, так и CCITT ведут работу по включению SVС в стандарты Frame Relay.

Дополнения LMI.

Помимо базовых функций передачи данных протокола Frame Relay, спецификация консорциума Frame Relay включает дополнения LMI, которые делают задачу поддержания крупных межсетей более легкой. Некоторые из дополнений LMI называют "общими"; считается, что они могут быть реализованы всеми, кто взял на вооружение эту спецификацию. Другие функции LMI называют "факультативными". Ниже приводится следующая краткая сводка о дополнениях LMI:

Сообщения о состоянии виртуальных цепей (общее дополнение).

Обеспечивает связь и синхронизацию между сетью и устройством пользователя, периодически сообщая о существовании новых PVC и ликвидации уже существующих PVC и в большинстве случаев обеспечивая информацию о целостности PVC. Сообщения о состоянии виртуальных цепей предотвращают отправку информации в"черные дыры", т.е. через PVC, которые больше не существуют.

Многопунктовая адресация (факультативное).

Позволяет отправителю передавать один блок данных, но доставлять его через сеть нескольким получателям. Таким образом, многопунктовая адресация обеспечивает эффективную транспортировку сообщений протокола маршрутизации и процедур резолюции адреса, которые обычно должны быть отосланы одновременно во многие пункты назначения.

Глобальная адресация (факультативное).

Наделяет идентификаторы связи глобальным, а не локальным значением, позволяя их использование для идентификации определенного интерфейса с сетью Frame Relay. Глобальная адресация делает сеть Frame Relay похожей на LAN в терминах адресации; следовательно, протоколы резолюции адреса действуют в Frame Relay точно так же, как они работают в LAN.

Простое управление потоком данных (факультативное).

Обеспечивает механизм управления потоком XON/XOFF, который применим ко всему интерфейсу Frame Relay. Он предназначен для тех устройств, высшие уровни которых не могут использовать биты уведомления о перегрузке и которые нуждаются в определенном уровне управления потоком данных.

Форматы блока данных.

Формат блока данных изображен на рисунке 4 Флаги (flags) ограничивают начало и конец блока данных. За открывающими флагами следуют два байта адресной (address) информации. 10 битов из этих двух байтов составляют идентификацию (ID) фактической цепи (называемую сокращенно DLCI от "data link connection identifier").

Рисунок 20

Центром заголовка Frame Relay является 10-битовое значение DLCI. Оно идентифицирует ту логическую связь, которая мультиплексируется в физический канал. В базовом режиме адресации (т.е. не расширенном дополнениями LMI), DLCI имеет логическое значение; это означает, что конечные усторойства на двух противоположных концах связи могут использовать различные DLCI для обращения к одной и той же связи. На рисунок 21 представлен пример использования DLCI при адресации в соответствии с нерасширенным Frame Relay.

Рисунок 21- Пример использования DLCI при адресации в соответствии с нерасширенным Frame Relay.

Представленная на рисунке 21 сеть предполагает наличие двух цепей PVC: одна между Aтлантой и Лос-Анджелесом, и вторая между Сан Хосе и Питтсбургом. Лос Анджелес может обращаться к своей PVC с Атлантой, используя DLCI=12, в то время как Атланта обращается к этой же самой PVC, используя DLCI=82. Аналогично, Сан Хосе может обращаться к своей PVC с Питтсбургом, используя DLCI=62. Сеть использует внутренние патентованные механизмы поддержания двух логически значимых идентификаторов PVC различными.

В конце каждого байта DLCI находится бит расширенного адреса (ЕА). Если этот бит единица, то текущий байт является последним байтом DLCI. В настоящее время все реализации используют двубайтовый DLCI, но присутствие битов ЕА означает, что может быть достигнуто соглашение об использовании в будущем более длинных DLCI.

Бит C/R, следующий за самым значащим байтом DLCI, в настоящее время не используется.

И наконец, три бита в двубайтовом DLCI являются полями, связанными с управлением перегрузкой. Бит "Уведомления о явно выраженной перегрузке в прямом направлении" (FECN) устанавливается сетью Frame Relay в блоке данных для того, чтобы сообщить DTE, принимающему этот блок данных, что на тракте от источника до места назначения имела место перегрузка. Бит "Уведомления о явно выраженной прегрузке в обратном направлении" (BECN) устанавливается сетью Frame Relay в блоках данных, перемещающихся в направлении, противоположном тому, в котором перемещаются блоки данных, встретившие перегруженный тракт. Суть этих битов заключается в том, что показания FECN или BECN могут быть продвинуты в какой-нибудь протокол высшего уровня, который может предпринять соответствующие действия по управлению потоком. (Биты FECN полезны для протоколов высших уровней, которые используют управление потоком, контролируемым пользователем, в то время как биты BECN являются значащими для тех протоколов, которые зависят от управления потоком, контролируемым источником ("emitter-controlled").

Бит "приемлемости отбрасывания" (DE) устанавливается DTE, чтобы сообщить сети Frame Relay о том, что какой-нибудь блок данных имеет более низшее значение, чем другие блоки данных и должен быть отвергнут раньше других блоков данных в том случае, если сеть начинает испытывать недостаток в ресурсах. Т.е. он представляет собой очень простой механизм приоритетов. Этот бит обычно устанавливается только в том случае, когда сеть перегружена.

Формат сообщений LMI.

В предыдущем разделе описан базовый формат протокола Frame Relay для переноса блоков данных пользователя. Разработанная консорциумом спецификация Frame Relay также включает процедуры LMI. Сообщения LMI отправляются в блоках данных, которые характеризуются DLCI, специфичным для LMI (определенным в спецификации консорциума как DLCI=1023). Формат сообщений LMI представлен на рисунке 22.

Рисунок 22

В сообщениях LMI заголовок базового протокола такой же, как в обычных блоках данных. Фактическое сообщение LMI начинается с четырех мандатных байтов, за которыми следует переменное число информационных элементов (IE). Формат и кодирование сообщений LMI базируются на стандарте ANSI T1S1.

Первый из мандатных байтов (unnumbered information indicator-индикатор непронумерованной информации) имеет тот же самый формат, что и индикатор блока непронумерованной информации LAPB (UI) с битом P/F, установленным на нуль. Следующий байт называют "дискриминатор протокола" (protocol discriminator); он установлен на величину, которая указывает на "LMI". Третий мандатный байт (call reference-ссылка на обращение) всегда заполнен нулями.

Последний мандатный байт является полем "типа сообщения" (message type). Определены два типа сообщений. Сообщения "запрос о состоянии" (status enquiry) позволяют устройствам пользователя делать запросы о состоянии сети. Сообщения "состояние" (status) являются ответом на сообщения-запросы о состоянии. Сообщения "продолжайте работать" (keepalives) (посылаемые через линию связи для подтверждения того, что обе стороны должны продолжать считать связь действующей) и сообщения о состоянии PVC являются примерами таких сообщений; это общие свойства LMI, которые должны быть частью любой реализации, соответствующей спецификации консорциума.

Сообщения о состоянии и запросы о состоянии совместно обеспечивают проверку целостности логического и физического каналов. Эта информация является критичной для окружений маршрутизации, т.к. алгоритмы маршрутизации принимают решения, которые базируются на целостности канала.

За полем типа сообщений следуют несколько IЕ. Каждое IЕ состоит из одно-байтового идентификатора IЕ, поля длины IЕ и одного или более байтов, содержащих фактическую информацию.

Глобальная адресация.

В дополнение к общим характеристикам LMI существуют несколько факультативных дополнений LMI, которые чрезвычайно полезны в окружении межсетевого об'единения. Первым важным факультативным дополнением LMI является глобольная адресация. Как уже отмечалось раньше, базовая (недополненная) спецификация Frame Relay обеспечивает только значения поля DLCI, которые идентифицируют цепи PVC с локальным значением. В этом случае отсутствуют адреса, которые идентифицируют сетевые интерфейсы или узлы, подсоединенные к этим интерфейсам. Т.к. эти адреса не существуют, они не могут быть обнаружены с помощью традиционной техники обнаружения и резолюции адреса. Это означает, что при нормальной адресации Frame Relay должны быть составлены статистические карты, чтобы сообщать маршрутизаторам, какие DLCI использовать для обнаружения отдаленного устройства и связанного с ним межсетевого адреса.

Дополнение в виде глобальной адресации позволяет использовать идентификаторы узлов. При использовании этого дополнения значения, вставленные в поле DLCI блока данных, являются глобально значимыми адресами индивидуальных устройств конечного пользователя (например, маршрутизаторов). Реализация данного принципа представлена на рисунке 23.

Рисунок 23

Необходимо отметить, что каждый интерфейс, изображенный на рискнке 23, имеет свой собственный идентификатор. Предположим, что Питтсбург должен отправить блок данных в Сан Хосе. Идентификатором Сан Хосе является число 12, поэтому Питттсбург помещает величину "12" в поле DLCI и отправляет блок данных в сеть Frame Relay. В точке выхода из сети содержимое поля DLSI изменяется сетью на 13, чтобы отразить узел источника блока данных. Т.к. интерфейс каждого маршрутизатора имеет индивидуальную величину, как у идентификатора его узла, отдельные устройства могут быть различимы. Это обеспечивает адаптируемую маршрутизацию в сложных окружениях.

Глобальная адресация обеспечивает значительные преимущества в крупных комплексных объединенных сетях, т.к. в этом случае маршрутизаторы воспринимают сеть Frame Relay на ее периферии как обычную LAN. Нет никакой необходимости изменять протоколы высших уровней для того, чтобы использовать все преимущества, обеспечиваемые их возможностями.

Групповая адресация (multicusting).

Другой ценной факультативной характеристикой LMI является многопунктовая адресация. Группы многопунктовой адресации обозначаются последовательностью из четырех зарезервированных значений DLCI (от 1019 до 1022). Блоки данных, отправляемые каким-либо устройством, использующим один из этих зарезервированных DLCI, тиражирутся сетью и отправляются во все выходные точки группы с данным обозначением. Дополнение о многопунктовой адресации определяет также сообщения LMI, которые уведомляют устройства пользователя о дополнении, ликвидации и наличиии групп с многопунктовой адресацией.

В сетях, использующих преимущества динамической маршрутизации, маршрутная информация должна обмениваться между большим числом маршрутизаторов. Маршрутные сообщения могут быть эффективно отправлены путем использования блоков данных с DLCI многопунктовой адресации. Это обеспечивает отправку сообщений в конкретные группы маршрутизаторов.

Реализация сети.

Frame Relay может быть использована в качестве интерфейса к услугам либо общедоступной сети со своей несущей, либо сети с оборудованием, находящимся в частном владении. Обычным способом реализации частной сети является дополнение традиционных мультиплексоров Т1 интерфейсами Frame Relay для информационных устройств, а также интерфейсами (не являющимися специализированными интерфейсами Frame Relay) для других прикладных задач таких, как передача голоса и проведение видео-телеконференций. На рисунке 24 "Гибридная сеть Frame Relay" представлена такая конфигурация сети.

Рисунок 24

Обслуживание общедоступной сетью Frame Relay разворачивается путем размещения коммутирующего оборудования Frame Relay в центральных офисах (CO) телекоммуникационной линии. В этом случае пользователи могут реализовать экономические выгоды от тарифов начислений за пользование услугами, чувствительных к трафику, и освобождены от работы по администрированию, поддержанию и обслуживанию оборудования сети.

Для любого типа сети линии, подключающие устройства пользователя к оборудованию сети, могут работать на скорости, выбранной из широкого диапазона скоростей передачи информации. Типичными являются скорости в диапазоне от 56 Kb/сек до 2 Mb/сек, хотя технология Frame Relay может обеспечивать также и более низкие и более высокие скорости. Ожидается, что в скором времени будут доступны реализации, способные оперировать каналами связи с пропускной способностью свыше 45 Mb/сек (DS3).

Как в общедоступной, так и в частной сети факт обеспечения устройств пользователя интерфейсами Frame Relay не является обязательным условием того, что между сетевыми устройствами используется протокол Frame Relay. В настоящее время не существует стандартов на оборудование межсоединений внутри сети Frame Relay. Таким образом, могут быть использованы традиционные технологии коммутации цепей, коммутации пакетов, или гибридные методы, комбинирующие эти технологии.

4.3.3 Высокоскоростные технологии построения опорных сетей. 4.3.3.1 Общая тенденция развития.

Сегодняшний день развития сетевых технологий характеризуется в первую очередь бурным развитием технологий построения опорных сетей, при этом основной упор делается на технологии, позволяющие в значительной мере повысить полосу пропускания каналов связи.

В последнее время наиболее стремительно развивается технология «плотного волнового мультиплексирования» — DWDM (Dense Wave Division Multiplexing), обещающая терабитные скорости на оптических каналах. Многие производители сетевого оборудования провозглашают лозунг: «Полоса пропускания решает всё! Любые проблемы с обеспечением разного типа сервиса для разных типов трафика отпадают, если у вас «неограниченная» полоса пропускания!». Однако многообещающие цифры пропускной способности каналов связи еще не могут служить стопроцентной гарантией успеха сети провайдера или корпоративной сети. Здесь на первый план выступает пригодность проектируемой сети для решения конкретных бизнес-задач предприятия, будь то провайдер связи или крупная корпорация. Ведь на самом деле задача построения опорной части сети имеет место практически в каждом серьезном проекте, причем к такому проекту обычно предъявляются серьезные требования по надежности, производительности и масштабируемости. Одна из наиболее важных задач, необходимость решения которой осознает все большее число компаний, — не только обслуживать разнородные типы трафика (голос, видео, данные, телеметрия и т.п.), но и обеспечивать полноценное управление предоставлением различных услуг пользователям. В связи с этим многие производители сетевого и телекоммуникационного оборудования все чаще заявляют о своих решениях, обеспечивающих управление SLA (Service Level Agreement). Такая поддержка наиболее актуальна в сетях сервис-провайдеров. И здесь простое увеличение пропускной способности каналов на отдельных участках сети не решает поставленных задач, связанных с предоставлением этих сервисов, их учетом и оперативным перераспределением. Фактически именно решение этого круга проблем, возникающих на стыке технических и экономических аспектов проекта, требует привлечения опытного интегратора, способного не только технически грамотно спроектировать сеть, но и прежде всего предусмотреть решение бизнес-задач предприятия, учесть экономические аспекты проекта и не просто обеспечить передачу информации, но способствовать коммерческому успеху предприятия. Ведь уже не секрет, что в настоящее время многие коммерческие проекты, особенно в сфере информационных услуг, фактически создаются под новые технологии. И в связи с этим влияние правильного выбора технологий просто трудно переоценить. Кроме того, в любом проекте, особенно большого масштаба, необходимо учитывать ценовые характеристики, сроки окупаемости и другие факторы, теснейшим образом связанные с бизнес-задачами предприятия. Здесь на первый план выходит выбор той или иной сетевой технологии, способной решить все указанные задачи.

В любом крупном проекте (сеть масштаба города, сеть крупного завода, сеть провайдера, корпоративная сеть) одним из основных вопросов является выбор технологии построения ядра сети. Выбор технологии определит развитие сети на многие годы, во многом диктуя и выбор применяемого оборудования. Кроме того, здесь важен выбор и технологий передачи информации, и технологий «физического» уровня, на которые наложена сеть. Именно этот «базовый комплект» в значительной мере обусловит и уровень предоставляемого потенциальным пользователям сервиса. Заметим, что современный уровень развития технологий построения опорных сетей, предназначенных для передачи больших объемов трафика, примечателен тем, что многие технологии, которые еще недавно считались безнадежно устаревшими, получают второе рождение, а те, которым пророчили широкие перспективы, отходят на второй план.

Технологии построения опорных сетей, переживающие теперь второе рождение, — это технологии SONET/SDH, с которыми порой безуспешно конкурирует относительно новая технология АТМ. При этом предпринимаются попытки совершенствования технологий SDH, примером чего служит технология DPT, разработанная компанией Cisco Systems, Inc. Другим примером «неумирающей» технологии является сетевая технология Ethernet, выросшая до 10 Gigabit Ethernet , что также позволяет рассматривать ее в качестве реальной альтернативы вышеуказанным технологиям в опорной части сети. Для такого развития событий есть несколько основных причин. Большинство крупных провайдеров, предоставляющих каналы связи, уже сделали значительные вложения средств в оборудование SONET/SDH, а переход на другие технологии потребует новых значительных инвестиций, не всегда оправданных с точки зрения потенциальных коммерческих преимуществ, которые могут дать новые технологии. Сохранение существующих технологий связано также и с тем, что в значительной мере растет пропускная способность оптических каналов связи, используемых при построении опорных сетей. Такие возможности дают технологии оптического мультиплексирования (DWDM). Оборудование АТМ дороже оборудования SDH, сложнее в настройке и обслуживании, причем существует ряд задач, в которых предпочтительнее использовать именно технологии временного мультиплексирования (TDM), которые и применяются в сетях SDH. Протокол IP де-факто является протоколом конечного пользователя практически в любой сети передачи данных, поэтому во многих случаях более выгодно использовать относительно простые решения IP, наложенные на традиционную среду передачи. Приведенные общие тенденции вовсе не свидетельствуют об однозначном преимуществе той или иной технологии — все должно быть подчинено конкретным требованиям конкретной компании. Ниже приводится краткий обзор технологий, наиболее часто используемых при проектировании современных опорных сетей SDH, ATM, DPT, GIGABIT ETHERNET.

4.4 Технология SDН.

Технология SDH (Synchronous Digital Hierarchy) обозначает стандарт для транспорта трафика. Стандарт определяет уровни скорости прохождения сигнала синхронного транспортного модуля (Synchronous Transport Module, STM).

Стандарт также определяет физический (оптический) уровень, необходимый для совместимости оборудования от различных производителей. Основная скорость передачи — 155,250 Мбит/с (STM-1). Более высокие скорости определяются как кратные STM-1: STM-4 — 622 Мбит/с, STM-16 — 2488,32 Мбит/с, STM-64 — 9953,28 Мбит/с. Технология предполагает использование метода временного мультиплексирования (TDM) и кросс-коммутации тайм-слотов. При этом оконечное оборудование SDH оперирует потоками E1 (2,048 Мбит/с), к которым подключается клиентское оборудование. Основными устройствами сети являются SDH-мультиплексоры.

Важной особенностью сетей SDH является необходимость синхронизации временных интервалов трафика между всеми элементами сети. Обычно мультиплексор может синхронизироваться с любым внешним сигналом, с опорным тактовым сигналом (PRC) или с собственным внутренним генератором синхронизирующих импульсов.

Синхронизация на основе опорного тактового сигнала может распространяться по цепи, в которой находится не более 20 сетевых элементов (G.803).Выбор источника синхронизации может осуществляться либо автоматически под управлением программы, либо задаваться оператором. При построении сетей SDH обычно используется топология сети типа «кольцо» с двумя контурами. По одному из контуров передается синхронизирующая и сигнальная информация, по другому — основной трафик. Имеются специальные механизмы резервирования сети на случай выхода из строя одного из контуров. Возможно также подключение устройств по топологии «точка-точка», однако в таком случае отказоустойчивость решения будет ниже.

Централизованное управление сетью обеспечивает полный мониторинг состояния каналов и узлов (мультиплексоров). Использование кольцевых топологий создает возможность автоматического переключения каналов при любых аварийных ситуациях на резервный путь. Оборудование SDH предусматривает возможность резервирования линии и основных аппаратных блоков по схеме 1+1, при аварии автоматически переключая трафик на резервное направление. Данное свойство значительно повышает «живучесть» сети и позволяет проводить различного типа технологические работы без перерыва трафика.

Управление конфигурацией сети, отслеживание и регистрация аварийных ситуаций осуществляются программными средствами с единой консоли управления. В функции центральной управляющей системы входят также средства поддержки тестирования каналов и контроля за качеством работы основных блоков мультиплексоров. Сеть на базе SDH может служить в качестве транспортной сети для большинства существующих технологий высокоскоростной передачи информации по оптическим сетям (в том числе ATM и POS). Существующее сегодня оборудование SDH способно передавать информацию со следующими линейными скоростями: 155 Мбит/c (STM-1), 622 Мбит/c (STM-4), 2,5 Гбит/c (STM-16). При этом для подключения пользователям предлагаются интерфейсы E1-E3.

Функционально мультиплексор SDH имеет два набора интерфейсов: пользовательский и агрегатный. Пользовательский набор отвечает за подключение пользователей, а агрегатный — за создание линейных межузловых соединений. Данные интерфейсы позволяют создавать следующие базовые топологии: «кольцо», «цепочка», «точка-точка».

Из указанных базовых элементов складывается топология всей сети мультиплексоров. Сложные сети обычно имеют многоуровневую структуру. Первый уровень — оборудование доступа пользователей. Этот уровень состоит из оборудования «последней мили» и, как правило, из мультиплексоров STM-1. Оборудование «последней мили» отвечает за доведение сигнала пользователей (чаще — сигнала E1, E3) до мультиплексоров первого уровня. В роли оборудования «последней мили»

обычно выступают так называемые оптические модемы, по сути являющиеся

конверторами электрического сигнала в оптический и обратно. Мультиплексоры первого уровня собирают каналы пользователей для дальнейшей транспортировки. Следующий уровень могут составлять мультиплексоры уровня STM-4 и STM-16.

Основные преимущества технологии SDH:

– простая технология мультиплексирования

/ демультиплексирования;

– доступ к низкоскоростным сигналам без необходимости мультиплексирования/ демультиплексирования всего высокоскоростного канала. Это позволяет достаточно просто осуществлять подключение клиентского оборудования и производить кросс-коммутацию потоков;

– наличие механизмов резервирования на случай отказов каналов связи или оборудования; возможность создания «прозрачных» каналов связи, необходимых для решения определенных задач, например, для передачи голосового трафика между выносами АТС или передачи телеметрии;

– возможность наращивания решения;

– совместимость оборудования от различных производителей;

– относительно низкие цены оборудования;

– быстрота настройки и конфигурирования устройств.

Недостатки технологии SDH:

– использование одного из каналов полностью под служебный трафик;

– неэффективное использование пропускной способности каналов связи. Сюда относятся как необходимость резервирования полосы на случай отказов, так и особенности технологии TDM, не способной динамически выделять полосу пропускания под различные приложения, а также отсутствие механизмов приоритета трафика;

– необходимость использовать дополнительное оборудование (зачастую от других производителей), чтобы обеспечить передачу различных типов трафика (данные, голос) по опорной сети.

Технологию SDH можно рекомендовать для использования в задачах построения опорных сетей при следующих условиях:

– загрузка каналов далека от предельной;

– имеется необходимость предоставлять «прозрачные» каналы связи, например для передачи голосового трафика между АТС;

– в коммерческом плане более выгодно и удобно предоставлять клиентам каналы с фиксированной пропускной способностью, а не определять стоимость услуг по количеству переданного трафика и по качеству предоставляемого сервиса.

4.5 Технология АТМ

Относительно молодая технология АТМ, в отличие от традиционных сетевых технологий, ориентирована на соединение. Поэтому перед тем, как передать информацию между пользователями, организуется виртуальный канал, который действует до момента окончания передачи. Это несколько напоминает телефонную сеть, то есть для каждой взаимодействующей пары пользователей организуется выделенная полоса пропускания с заранее заказанными характеристиками (ширина полосы пропускания, максимальные задержки при передаче и т.д. — такая опция называется QoS (Quality of Service) и описана ниже). При этом весь разнородный трафик «перемалывается» в 48-байтовые ячейки, к которым добавляются 5-байтовые заголовки. В настоящий момент поддерживаются скорости передачи в опорной сети 155 Мбит/с и 622 Мбит/с, но существует и оборудование, рассчитанное на передачу 2,4 Гбит/с.

Появление более высокоскоростных устройств затрудняется сложностью технологии; кроме того, стоимость такого порта на порядки выше порта DWDM мультиплексора, что делает подобную систему нерентабельной.

В отличие от технологий, где применяется временное мультиплексирование (TDM), технология АТМ позволяет динамически изменять полосу пропускания, используемую под определенный поток, что дает возможность эффективно использовать имеющиеся каналы связи. К тому же предусмотрен развитый механизм предоставления качественного обслуживания. Обеспечение режима QoS на 2-3-м уровне модели OSI является коренным отличием технологии АТМ от таких сетевых технологий, которые, независимо от ширины полосы пропускания, в принципе не могут предоставлять столь развитые возможности QoS. Это означает, что сегодня АТМ является единственной технологией, позволяющей полноценно передавать интегральный трафик (голос, видео, данные), одновременно удовлетворяя совершенно несовместимым требованиям к условиям передачи и жестким условиям в плане загрузки канала связи. Так, например, при передаче голоса или видео в реальном режиме времени очень актуальным становится обеспечение гарантированной полосы пропускания и минимальных временных задержек и потерь ячеек при передаче.

Основными устройствами сети АТМ являются АТМ-коммутаторы, отвечающие за установление соединения между пользователями и за предоставление им при этом QoS.

Как уже отмечалось выше, организация полноценного АТМ-соединения, кроме организации физического канала (например, в 155 Мбит/с), предусматривает еще и выполнение некоторых крайне важных функций, в частности обеспечение QoS.

А теперь перечислим типы QoS, принятые сегодня:

– CBR (Constant Bit Rate) — выделение канала с фиксированной пропускной способностью и другими параметрами (предельно допустимая задержка при передаче данных, и т.д.), заказанными пользователем. Такой вид QoS лучше всего подходит для передачи голоса.

– RT-VBR (Real Time Variable Bit Rate) — выделение канала с пропускной

– способностью в пределах коридора (минимум-максимум) и другими параметрами (максимальная задержка при передаче, и т.д.), запрошенными пользователем. RT-VBR идеально подходит для передачи видео и голоса. Имеет жесткие требования к задержке при передаче (поскольку предназначается для передачи трафика в режиме реального времени).

– NRT-VBR (Non Real Time Variable Bit Rate) — VBR с ослабленными требованиями к задержке передачи. NRT-VBR может применяться для передачи видео и голоса, не требующих режима реального времени.

– ABR (Available Bit Rate) — предоставление пользователю части физического канала, оставшейся невостребованной; причем при установлении соединения пользователь задает максимальную и минимальную скорости передачи. Поскольку ABR не контролирует величину задержек передачи, этот режим рекомендуется применять при передаче данных (то есть для трафика, не чувствительного к задержке передачи).

– UBR (Unspecified Bit Rate) — самый низкоприоритетный тип трафика. Не предусматривает гарантированного предоставления пользователю какой-либо полосы пропускания — все зависит от того, имеется ли возможность предоставления пользователю какого-либо канала.

– UBR+ — модифицированный UBR, дополненный функцией Intelligent Packet Discard.

Это очень существенное дополнение позволяет при потере ячейки (например, при перегрузке) не передавать остававшиеся ячейки из этого же пакета (кроме последней ячейки пакета), так как пакет уже не подлежит восстановлению. Данная операция особенно важна при использовании такого низко приоритетного режима, как UBR. Следовательно, применение UBR+ позволяет разгрузить физические каналы АТМ.

Основные преимущества технологии АТМ:

– динамическое управление полосой пропускания каналов связи;

– предоставление QoS для различных типов трафика;

– возможности резервирования каналов связи и оборудования;

– возможность интегрирования самых различных типов трафика, включая голос, данные, видео;

– возможность экономии полосы пропускания за счет специальных технологий обработки голосового трафика;

– возможность эмуляции «прозрачных» каналов связи;

– совместимость с технологией FR и предоставление сервисов пользователям FR.

– используя технологию MPLS (Tag Switching), сервис-провайдер, имеющий опорную сеть АТМ, может динамически коммутировать трафик IP по опорной сети АТМ в реальном масштабе времени. При этом появляется возможность предоставлять необходимый QoS, соотнося уровни приоритезации IP и АТМ.

Недостатки технологии АТМ:

– сложность технологии;

– относительно высокие цены оборудования;

– недостаточная совместимость оборудования от различных производителей;

– в специфических задачах (например, при частой передаче небольших объемов трафика) применение технологии АТМ может привести к неоправданно большим задержкам при установлении соединений и к довольно высокому проценту служебной информации, загружающей канал связи.

Использование технологии АТМ при построении опорной сети можно рекомендовать в следующих случаях:

– загрузка каналов близка к предельной;

– требуется передавать разнородный трафик с предоставлением различных классов обслуживания (голос, данные, видео);

– доля голосового трафика в общей загрузке канала является существенной;

– возможны требования по предоставлению «прозрачных» каналов связи, например для соединения выносов АТС.

Данная технология используется как в локальных, так и в глобальных сетях. Основная идея – передача цифровых, голосовых и мультимедийных данных по одним и тем же каналам. Строго говоря, жесткого стандарта на аппаратуру ATM не предполагает.

Первоначально была выбрана скорость передачи 155 Мбит/с (для настольных систем – 25 Мбит/с), затем – 662 Мбит/с, а сейчас ведутся работы по повышению скорости до 2488 Мбит/с. По скорости ATM успешно конкурирует с Gigabit Ethernet. Кстати, появилась ATM раньше, чем Gigabit Ethernet.В качестве среды передачи информации в локальной сети технология ATM предполагает использование оптоволоконного кабеля и неэкранированной витой пары. Используемые коды – 4В/5В и 8В/10В. Принципиальное отличие ATM от остальных сетей состоит в отказе от привычных пакетов с полями адресации, управления и данных. Вся передаваемая информация упакована в микропакеты (ячейки, cells) длиной 53 байта. Каждая ячейка имеет 5-байтовый заголовок, который позволяет интеллектуальным распределительным устройствам сортировать ячейки и следить за тем, чтобы они передавались в нужной последовательности. Каждая ячейка имеет 48 байт информации. Их минимальный размер позволяет осуществлять коррекцию ошибок и маршрутизацию на аппаратном уровне. Он же обеспечивает равномерность всех информационных потоков сети и минимальное время ожидания доступа к сети.

Заголовок включает в себя идентификаторы пути, канала доставки, типа информации, указатель приоритета доставки, а также контрольную сумму заголовка, позволяющую определить наличие ошибок передачи.

Главный недостаток сетей с технологией ATM состоит в их полной несовместимости ни с одной из имеющихся сетей. Плавный переход на АТМ в принципе невозможен, нужно менять сразу все оборудование, а стоимость его пока что очень высока. Правда, работы по обеспечению совместимости ведутся, снижается и стоимость оборудования. Тем более что задач по передаче изображений по компьютерным сетям становится все больше и больше.

Технология АТМ еще в недалеком прошлом считалась перспективной и универсальной, способной потеснить привычные локальные сети. Однако в настоящий момент вследствие успешного развития традиционных локальных сетей применение АТМ ограничено только глобальными и магистральными сетями.

4.6 Технология DPT

Данная технология в первую очередь ориентирована на провайдеров услуг по передаче IP-трафика, особенно на тех, кто имеет действующую сеть SDH и задумывается о более эффективном использовании каналов.

Рассматриваемая технология является собственной разработкой компании Cisco Systems, Inc. и находится на стадии принятия в качестве международного стандарта. Кроме того, значительное число мировых производителей сетевого оборудования заявили о своей поддержке новой технологии. Сегодня многие провайдеры услуг по передаче данных уже перешли технологии SDH на технологию DPT. Технология DPT (высокоскоростная технология динамической передачи IP-пакетов)

изначально была предназначена для решения задач построения нового поколения сетей масштаба города, оптимизированных под передачу пакетов. Технология DPT вобрала в себя основные достоинства современных сетей передачи данных, построенных на базе технологий SDH и Gigabit Ethernet. Одновременно с этим данная технология позволяет создавать новое поколение волоконно-оптических IP-сетей. В таких сетях благодаря снижению протокольной избыточности IP-пакеты передаются наиболее эффективно.

Данная технология ориентирована в первую очередь на провайдеров услуг по передаче данных и позволяет отказаться от промежуточных уровней при передаче IP-трафика по сетям SDH. Основная идея состоит в создании нового стандарта 2-го уровня модели OSI, позволяющего напрямую инкапсулировать пакеты IP в кадры формата SDH. Таким новым МАС-уровнем в технологии DPT является протокол SRP (Spatial Reuse Protocol), использующий стандартную MAC-адресацию. При этом внедрение новой технологии облегчается из-за того, что она позволяет использовать оптическую кабельную инфраструктуру, аналогичную SDH.

В качестве устройств опорной сети, поддерживающих технологию DPT, компания Cisco предлагает сегодня линейку старших маршрутизаторов (7200, 7500, 12000), которые могут оснащаться соответствующими интерфейсными модулями.

При работе устройств используются два основных механизма. Механизм равномерной загрузки каналов (fairness algorithm) позволяет независимым образом использовать пропускную способность каналов связи на различных участках кольца. А механизм замыкания каналов необходим в случае отказов каналов или устройств (Intelligent Protection Switching, IPS).

Предполагается, что сети, построенные на базе технологии DPT, имеют кольцевую топологию, хотя технология допускает и использование подключения типа «точка-точка». Узлы в кольце объединяются высокоскоростными волоконно-оптическими каналами связи на скоростях 155/622/2400 Мбит/с.

Специализированный протокол IPS (Intelligent Protection Switching) обеспечивает отказоустойчивую работу сети при выходе из строя одного из узлов в кольце или при обрыве магистральной линии связи. Технология DPT обеспечивает такой уровень защиты от сбоя в сети, который аналогичен традиционным системам SDH, — при обрыве магистрального канала связи переход на альтернативный маршрут происходит менее чем за 50 мс. При этом не происходит перестройка таблиц маршрутизации в пограничных маршрутизаторах опорной сети.В то же время технология DPT позволяет использовать всю пропускную способность опорной сети (в отличие от технологии SDH, реализующей резервирование пропускной способности в сети на случай сбоя). Кроме того, специальные механизмы, реализованные в данной технологии, обеспечивают необходимый уровень приоритезации и статистического мультиплексирования пакетов.

Основные преимущества технологии DPT:

– более полное (по сравнению с TDM–технологиями) использование полосы

– пропускания — за счет применения пакетной технологии;

– выделение меньшей части полосы пропускания под резервирование по сравнению с SDH;

– возможность построения высокоскоростной сети передачи пакетов (IP-сеть) без наложения дополнительных промежуточных протоколов 2-го уровня модели OSI, что также повышает эффективность использования каналов и позволяет отказаться от дополнительного оборудования, обеспечивающего интеграцию данных и голоса при передаче в опорную часть сети;

– возможность напрямую организовать сервис VoIP;

– использование технологии MPLS позволяет осуществлять высокоскоростную доставку пакетов с требуемым качеством обслуживания и высокой степенью защиты информации;

– наличие протокола SRP (Spatial Reuse Protocol) позволяет вести одновременный обмен данными между любыми узлами в сети, то есть имеется возможность загрузки различных участков одновременно;

– вся обработка транзитного трафика осуществляется прямо на интерфейсном модуле;

– при этом только трафик, предназначенный для конкретного узла, обрабатывается центральным процессором узлового маршрутизатора, что снижает загрузку маршрутизатора;

– возможность приоритезации трафика (по две очереди в буферной памяти на

– интерфейсных модулях) и возможность задавать соответствие с очередями в буферной памяти маршрутизатора;

– резервирование каналов связи и оборудования (включая блоки питания, управляющие модули).

Недостатки технологии DPT:

– невозможность организации «прозрачных» каналов;

– менее развитые возможности приоритезации трафика по сравнению с ATM;

– несовместимость с оборудованием других производителей.

Применение технологии DPT для построения опорной части сети можно рекомендовать в первую очередь для сервис-провайдера, предоставляющего услуги по передаче трафика в IP-сетях; при этом передача голосового трафика в данной сети будет возможна только в виде VoIP.

4.7 Технология Gigabit Ethernet для опорных сетей

Более всего данная технология востребована при построении опорной части крупной корпоративной сети.

Стремительное увеличение использования Web-технологий в сочетании с наличием большого числа пользователей, которые работают с традиционными приложениями типа передачи файлов, электронной почты и т.п., приводит не только к росту потоков данных, но и к иному перераспределению этих потоков между ЛВС и опорными сетями.

Большая часть потоков данных пересылается теперь не между сервером и рабочей станцией, как это было раньше, а идет по опорной сети до централизованно установленных серверов. Кроме того, необходимость увеличения полосы пропускания связана еще и с такими факторами, как рост мощности процессоров ПК у конечных пользователей, необходимость работы с мощными и сложными прикладными программами, увеличение размеров пересылаемых файлов, передача видео и голоса.

До сих пор из всех сетевых протоколов Ethernet остается самым распространенным, а с появлением технологии Fast Ethernet, которая позволила повысить полосу пропускания с 10 Мбит/с до 100 Мбит/c, область применения Ethernet расширилась еще больше. Поэтому естественной выглядит попытка увеличить производительность, обеспечивая при этом преемственность с широко распространенной технологией Ethernet. Gigabit Ethernet предлагает дальнейшее увеличение полосы пропускания на основе самой распространенной на сегодняшний день сетевой технологии.

В связи с этим вполне естественно выглядят проекты, где технология GIGABIT ETHERNET используется для построения опорной части сети. Такое решение является наиболее экономичным, поскольку позволяет отказаться от специального каналообразующего оборудования и использовать в качестве опорных устройств корпоративной сети центральные маршрутизирующие коммутаторы, используемые в ЛВС узлов. Это позволяет достичь приемлемой степени отказоустойчивости и обеспечить пропускную способность оптических каналов связи на уровне 2 Гбит/с (с учетом полного дуплекса). Восстановление сети в случае отказов отдельных устройств будет осуществляться за счет соответствующих алгоритмов и протоколов маршрутизирующих коммутаторов.

Однако такое решение имеет следующие функциональные особенности, которые необходимо учитывать:

– Для подключения сторонних организаций с целью предоставления услуг по транспорту трафика необходимы специальные меры по защите информационных ресурсов ЛВС узлов; при этом потребуется установка соответствующего дополнительного оборудования;

– достаточно сложно проводить дифференцированную политику безопасности для различных участков сети; возможным решением здесь является использование технологии MPLS;

– возникнут сложности в отношении учета трафика при предоставлении услуг сторонним организациям;

– масштабируемость опорного участка сети будет иметь значительные ограничения, связанные с работой маршрутизирующих протоколов на коммутаторах опорных узлов и с количеством узлов в опорной части сети. Кроме того, в значительной мере возрастет время восстановления сети при отказах.

Передача мультисервисного трафика может осуществляться за счет соответствующих технологий по IP.

Исходя из вышеперечисленных особенностей, следует, что такое решение наиболее оправданно для построения опорной части крупной корпоративной сети.

Ниже приводятся примеры построения опорных сетей с использованием высокоскоростных технологий.

Рисунок 24 - Опорная сеть на основе технологии Gigabit Ethernet

Рисунок 25 - Сеть на основе технологии DPT

Рисунок 26 - Сеть на основе технологии АТМ

5 Глобальная сеть интернет

5.1 Теоретические основы Интернета

Ранние эксперименты по передаче и приему информации с помощью компьютеров начались еще в 50-х годах и имели лабораторный характер. Лишь в конце 60-х годов на средства Агентства Перспективных Разработок министерства обороны США была создана сеть национального масштаба. Она получила название ARPANET. Эта сеть связывала несколько крупных научных, исследовательских и образовательных центров. Ее основной задачей была координация групп коллективов, работающих над едиными научно-техническими проектами, а основным назначением стал обмен электронной почтой файлами с научной и проектно-конструкторской документацией.

Сеть ARPANET заработала в 1969 году. Немногочисленные узлы, входившие в нее в то время, были связаны выделенными линиями. Прием и передача информации обеспечивались программами, работающими на узловых компьютерах. Сеть постепенно расширялась за счет подключения новых узлов, а к началу 80-х годов на базе наиболее крупных узлов были созданы свои региональные сети, воссоздающие общую архитектуру ARPANET на более низком уровне (в региональном или локальном масштабе).

По-настоящему рождением Интернета принято считать 1983 год. В этом году произошли революционные изменения в программном обеспечении компьютерной связи. Днем рождения Интернета в современном понимании этого слова стала дата стандартизации протокола связи TCP/IP, лежащего в основе Всемирной сети по нынешний день.

TCP/IP — это не один сетевой протокол, а несколько протоколов, лежащих на разных уровнях сетевой модели OSI (это так называемый стек протоколов). Из них протокол TCP — протокол транспортного уровня. Он управляет тем, как происходит передача информации. Протокол IP— адресный. Он принадлежит сетевому уровню и определяет, куда происходит передача.

Протокол TCP.

Согласно протоколу TCP, отправляемые данные «нарезаются» на небольшие пакеты, после чего каждый пакет маркируется таким образом, чтобы в нем были данные, необходимые для правильной сборки документа на компьютере получателя.

Для понимания сути протокола TCP можно представить игру в шахматы по переписке, когда двое участников разыгрывают одновременно десяток партий. Каждый ход записывается на отдельной открытке с указанием номера партии и номера хода. В этом случае между двумя партнерами через один и тот же почтовый канал работает как бы десяток соединений (по одному на партию). Два компьютера, связанные между собой одним физическим соединением, могут точно так же поддерживать одновременно несколько TCP-соединений. Так, например, два промежуточных сетевых сервера могут одновременно по одной линии связи передавать друг другу в обе стороны множество TCP-пакетов от многочисленных клиентов.

Протокол IP.

Суть адресного протокола - IP (Internet Protocol) - состоит в том, что у каждого участника Всемирной сети должен быть свой уникальный адрес
(IP-адрес). Без этого нельзя говорить о точной доставке TСР-пакетов на нужное рабочее место. Этот адрес выражается очень просто — четырьмя байтами, например: 195.38.46.11.

Поскольку один байт содержит до 256 различных значений, то теоретически с помощью четырех байтов можно выразить более четырех миллиардов уникальных IР-адресов (256⁴ за вычетом некоторого количества адресов, используемых в качестве служебных). На практике же из-за особенностей адресации к некоторым типам локальных сетей количество возможных адресов составляет порядка двух миллиардов, но и это по современным меркам достаточно большая величина.

5.2 Работа со службами Интернета

Когда говорят о работе в Интернете или об использовании Интернета, то на самом деле речь идет не об Интернете в целом, а только об одной или нескольких из его многочисленных служб. В зависимости от конкретных целей и задач клиенты Сети используют те службы, которые им необходимы.

Разные службы имеют разные протоколы. Они называются прикладными протоколами. Их соблюдение обеспечивается и поддерживается работой специальных программ.

Чтобы воспользоваться какой-то из служб Интернета, необходимо установить на компьютере программу, способную работать по протоколу данной службы. Такие программы называют клиентскими или просто клиентами.

Так, например, для передачи файлов в Интернете используется специальный прикладной протокол FTP (File Transfer Protocol). Соответственно, чтобы получить из Интернета файл, необходимо (см. рисунок 5.1):

– иметь на компьютере программу, являющуюся клиентом FTP (FTP-клиент);

– установить связь с сервером, предоставляющим услуги FTP (FTP-сервером).

–

Рисунок 27 – Работа со службами Интернет

Другой пример: чтобы воспользоваться электронной почтой, необходимо соблюсти протоколы отправки и получения сообщений. Для этого надо:

– иметь программу (почтовый клиент);

– установить связь с почтовым сервером.

Так же обстоит дело и с другими службами.

Основные службы сети Интернет представлены на рисунке 28.

Рисунок 28 – Основные службы сети Интернет

6 Службы сети Интернет

6.1 Терминальный режим

Исторически одной из ранних является служба удаленного управления компьютером Telnet. Подключившись к удаленному компьютеру по протоколу этой службы, можно управлять его работой. Такое управление еще называют консольным или терминальным.

В прошлом эту службу широко использовали для проведения сложных математических расчетов на удаленных вычислительных центрах. Так, например, если для очень сложных вычислений на персональном компьютере требовались недели непрерывной работы, а на удаленной супер-ЭВМ всего несколько минут, то персональный компьютер применяли для удаленного ввода данных в ЭВМ и для приема полученных результатов.

В наши дни в связи с быстрым увеличением мощности персональных компьютеров необходимость в подобной услуге сократилась, но, тем не менее, службы Telnet в Интернете продолжают существовать. Часто протоколы Telnet применяют для дистанционного управления техническими объектами, например телескопами, видеокамерами, промышленными роботами.

Каждый сервер, предоставляющий Telnet-услуги, обычно предлагает свое клиентское приложение. Его надо получить по сети, установить на своем компьютере, подключиться к серверу и работать с удаленным оборудованием. Простейший клиент Telnet входит в состав операционной системы Windows (файл telnet.exe).

Обратите внимание на то, что когда мы говорим о каком-либо сервере, не имеется в виду, что это специальный выделенный компьютер. Здесь и далее под сервером может пониматься программное обеспечение. Таким образом, один узловой компьютер Интернета может выполнять функции нескольких серверов и обеспечивать работу различных служб, оставаясь при этом универсальным компьютером, на котором можно выполнять и другие задачи, характерные для средств вычислительной техники.

6.2 Электронная почта (E-Mail)

Эта служба также является одной из наиболее ранних. Ее обеспечением в Интернете занимаются специальные почтовые серверы.

Почтовые серверы получают сообщения от клиентов и пересылают их по цепочке к почтовым серверам адресатов, где эти сообщения накапливаются. При установлении соединения между адресатом и его почтовым сервером происходит автоматическая передача поступивших сообщений на компьютер адресата.

Почтовая служба основана на двух прикладных протоколах: SMTP и РОРЗ. По первому происходит отправка корреспонденции с компьютера на сервер, а по второму — прием поступивших сообщений.

Существует большое разнообразие клиентских почтовых программ. К ним относится, например, программа Microsoft Outlook Express, входящая в состав операционной системы Windows как стандартная. Более мощная программа, интегрирующая в себе, кроме поддержки электронной почты, и другие средства делопроизводства, Microsoft Outlook 2000, входит в состав известного пакета Microsoft Office 2000. Из специализированных почтовых программ хорошую популярность имеют программы The Bat! и Eudora Pro.

6.3 Списки рассылки (Mail list)

Обычная электронная почта предполагает наличие двух партнеров по переписке. Если же партнеров нет, то достаточно большой поток почтовой информации в свой адрес можно обеспечить, подписавшись на списки рассылки. Это специальные тематические серверы, собирающие информацию по определенным темам и переправляющие ее подписчикам в виде сообщений электронной почты.

Темами списков рассылки может быть что угодно, например вопросы, связанные с изучением иностранных языков, научно-технические обзоры, презентация новых программных и аппаратных средств вычислительной техники.

Большинство телекомпаний создают списки рассылки на своих узлах, через которые рассылают клиентам аннотированные обзоры телепрограмм.

6.4 Служба телеконференций (Usenet)

Служба телеконференций похожа на циркулярную рассылку электронной почты, в ходе которой одно сообщение отправляется не одному корреспонденту, а большой группе (такие группы называются телеконференциями или группами новостей).

Сообщения, направленные на сервер группы новостей, отправляются с него на все серверы, с которыми он связан, если на них данного сообщения еще нет. Далее процесс повторяется. Характер распространения каждого отдельного сообщения напоминает лесной пожар.

На каждом из серверов поступившее сообщение хранится ограниченное время (обычно неделю), и все желающие могут в течение этого времени с ним ознакомиться. Распространяясь во все стороны, менее чем за сутки сообщения охватывают весь земной шар. Далее распространение затухает, поскольку на сервер, который уже имеет данное сообщение, повторная передача производиться не может.

Ежедневно в мире создается порядка миллиона сообщений для групп новостей. Выбрать в этом массиве действительно полезную информацию практически невозможно. Поэтому вся система телеконференций разбита на тематические группы. Сегодня в мире насчитывают порядка 50 000 тематических групп новостей. Они охватывают большинство тем, интересующих массы

Основной прием использования групп новостей состоит в том, чтобы задать вопрос, обращаясь ко всему миру, и получить ответ или совет от тех, кто с этим вопросом уже разобрался. При этом важно следить за тем, чтобы содержание вопроса соответствовало теме данной телеконференции.

Многие квалифицированные специалисты мира регулярно просматривают сообщения телеконференций, проходящие в группах, касающихся их сферы деятельности. Такой просмотр называется мониторингом информации. Регулярный мониторинг позволяет специалистам точно знать, что нового происходит в мире по их специальности, какие проблемы беспокоят большие массы людей и на что надо обратить особое внимание в своей работе.

В современных промышленных и проектно-конструкторских организациях считается хорошим тоном, если специалисты высшего эшелона периодически (один-два раза в месяц) отвечают через систему телеконференций на типовые вопросы пользователей своей продукции.

При отправке сообщений в телеконференции принято указывать свой адрес электронной почты для обратной связи.

Огромный объем сообщений в группах новостей значительно затрудняет их целенаправленный мониторинг, поэтому в некоторых группах производится предварительный «отсев» бесполезной информации (в частности, рекламной), не относящейся к теме конференции. Такие конференции называют модерируемыми. В качестве модератора может выступать не только человек, но и программа, фильтрующая сообщения по определенным ключевым словам. В последнем случае говорят об автоматической модерации.

Для работы со службой телеконференций существуют специальные клиентские программы. Так, например, приложение Microsoft Outlook Express, указанное выше как почтовый клиент, позволяет работать также и со службой телеконференций. Для начала работы надо настроить программу на взаимодействие с сервером групп новостей, оформить «подписку» на определенные группы и периодически, как и электронную почту, получать все сообщения, проходящие по теме этой группы. В данном случае слово «подписка» не предполагает со стороны клиента никаких обязательств или платежей — это просто указание серверу о том, что сообщения по указанным темам надо доставлять, а по прочим — нет. Отменить подписку или изменить ее состав можно в любой удобный момент.

6.5 Служба World Wide Web (WWW)

Безусловно, это самая популярная служба современного Интернета. Ее нередко отождествляют с Интернетом, хотя на самом деле это лишь одна из его многочисленных служб.

World Wide Web — это единое информационное пространство, состоящее из сотен миллионов взаимосвязанных электронных документов, хранящихся на Web-серверах. Отдельные документы, составляющие пространство Web, называют Web-страницами. Группы тематически объединенных Web-страниц называют Web-узлами (жаргонный термин — Web-сайт или просто сайт). Один физический Web-сервер может содержать достаточно много Web-узлов, каждому из которых, как правило, отводится отдельный каталог на жестком диске сервера.

От обычных текстовых документов Web-страницы отличаются тем, что они оформлены без привязки к конкретному носителю. Например, оформление документа, напечатанного на бумаге, привязано к параметрам печатного листа, который имеет определенную ширину, высоту и размеры полей. Электронные Web-документы предназначены для просмотра на экране компьютера, причем заранее не известно на каком. Неизвестны ни размеры экрана, ни параметры цветового и графического разрешения, неизвестна даже операционная система, с которой работает компьютер клиента. Поэтому Web-документы не могут иметь «жесткого» форматирования. Оформление выполняется непосредственно во время их воспроизведения на компьютере клиента и происходит оно в соответствии с настройками программы, выполняющей просмотр.

Программы для просмотра Web-страниц называют браузерами. В литературе также можно встретить «неустоявшиеся» термины браузер или обозреватель. Во всех случаях речь идет о некотором средстве просмотра Web-документов.

Броузер выполняет отображение документа на экране, руководствуясь командами, которые автор документа внедрил в его текст. Такие команды называются тегами.

Гипертекстовая связь в пространстве WWW не могла бы существовать, если бы каждый документ в этом пространстве не обладал своим уникальным адресом.

Каждый файл одного локального компьютера обладает уникальным полным именем, в которое входит собственное имя файла (включая расширение имени) и путь доступа к файлу, начиная от имени устройства, на котором он хранится.

Адрес любого файла во всемирной сети определяется унифицированным указателем ресурса — URL.

Адрес URL состоит из трех частей.

1. Указание службы, которая осуществляет доступ к данному ресурсу (обычно обозначается именем прикладного протокола, соответствующего данной службе). Так, например, для службы WWW прикладным является протокол HTTP (HyperText Transfer Protocol — протокол передачи гипертекста). После имени протокола ставится двоеточие (:) и два знака «/» (косая черта):

http://...

2. Указание доменного имени компьютера (сервера), на котором хранится данный ресурс:

http://wmw.abcde.com...

3. Указания полного пути доступа к файлу на данном компьютере. В качестве разделителя используется символ «/» (косая черта):

http://www.abcde.com/Fllea/New/abcdefg.zip

При записи URL-адрeca, важно точно соблюдать регистр символов. В отличие от правил работы в MS-DOS и Windows, в Интернете строчные и прописные символы считаются разными.

Именно в форме URL и связывают адрес ресурса с гипертекстовыми ссылками на Web-страницах. При щелчке на гиперссылке броузер посылает запрос для поиска и доставки ресурса, указанного в ссылке. Если по каким-то причинам он не найден, выдается сообщение о том, что ресурс недоступен (возможно, что сервер временно отключен или изменился адрес ресурса).

6.6 Служба имен доменов (DNS)

Адрес любого компьютера или любой локальной сети в Интернете может быть выражен четырьмя байтами, например так: 195.28.132.97.

Каждый компьютер имеет уникальное доменное имя, например такое: www.abcdef.com

Это просто две разных формы записи адреса одного и того же сетевого компьютера. Человеку неудобно работать с числовым представлением IP-адреса, зато доменное имя запоминается легко, особенно если учесть, что, как правило, это имя имеет содержание.

Например, Web-сервер компании Microsoft имеет имя www.microsoft.com, a Web-сервер компании «Космос ТВ» имеет имя www.kosmostv.ru (суффикс .ru в конце имени говорит о том, что сервер компании принадлежит российскому сектору Интернета).

С другой стороны, автоматическая работа серверов сети организована с использованием четырехзначного числового адреса. Благодаря ему промежуточные серверы могут осуществлять передачу запросов и ответов в нужном направлении.

Поэтому необходим перевод доменных имен в связанные с ними IP-адреса. Этим и занимаются серверы службы имен доменов DNS. Запрос на получение одной из страниц сервера www.abcde.com сначала обрабатывается сервером DNS, и далее он направляется по IР-адресу, а не по доменному имени.

База данных DNS имеет структуру дерева, называемого доменным пространством имен, в котором каждый домен (узел дерева) имеет имя и может содержать поддомены. Имя домена идентифицирует его положение в этой базе данных по отношению к родительскому домену, причем точки в имени отделяют части, соответствующие узлам домена.

Корень базы данных DNS управляется центром Internet Network Information Center. Домены верхнего уровня условно можно разделить на "организационные" и "географические". Пример "организационных" доменов:

com	commercial (коммерческие)	mil	military (военные)
edu	educational (образовательные)	net	network (организации, обеспечивающие работу сети)
gov	goverment (правительственные)	org	organization (некоммерческие организации)

Каждая страна (государство) имеет свой географический домен из двух букв:

ae	United Arab Emirates (Объединенные Арабские Эмираты)	au	Australia (Австралия)
be	Belgium (Бельгия)	br	Brazil (Бразилия)
by	Belarus (Белоруссия)	ca	Canada (Канада)
ch	Switzerland (Швейцария)	cz	Czech Republic (Чехия)
de	Germany (Германия)	dk	Denmark
do	Dominican Republic (Доминиканская республика)	ee	Estonia (Эстония)
es	Spain (Испания)	fi	Finland (Финляндия)
fr	France (Франция)	hu	Hungary (Венгрия)
il	Israel (Израиль)	in	India (Индия)
jp	Japan (Япония)	kg	Kyrgyzstan (Кыргызстан)
kr	South Korea (Южная Корея)	kz	Kazakhstan (Казахстан)
lt	Lithuania (Литва)	lv	Latvia (Латвия)
mx	Mexico (Мексика)	nl	Netherlands (Нидерланды)
no	Norway (Норвегия)	nz	New Zealand (Новая Зеландия)
pl	Poland (Польша)	ro	Romania (Румыния)
ru	Russia (Россия)	si	Slovenia (Словения)
sk	Slovak Republic (Словакия)	su	Soviet Union (Советский Союз - поддерживается, но не распределяется)
ua	Ukraine (Украина)	uk	United Kingdom (Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии)
yu	Yugoslavia (Югославия)	za	South Africa (Южная Африка)

В доменах государств опять же имеются "организационные" и "географические". "Организационные" в большинстве своем повторяют структуру "организационных" доменов верхнего уровня. "Географические" выделяются городам, областям и т.п. территориальным образованиям. Непосредственно в тех и других размещаются домены организаций или домены персональных пользователей. Обычно это имя компании, торговая марка или что-нибудь столь же характерное. Для неанглоязычных стран используется транскрипция имен. Часто возникают конфликты, связанные с тем, что одно и то же имя используется несколькими фирмами (законодательство допускает это для фирм, работающих в разных отраслях); многие люди заранее резервируют имена, могущие стать популярными для последующей продажи их владельцу торговой марки; но это уже касается юридической стороны функционирования Internet.

– С левого конца доменного имени находятся имена машин. Имена бывают "собственные" и "функциональные". Имена "собственные" каждый придумывает в меру фантазии: машинам присваиваются имена членов семьи, животных, растений, музыкантов и артистов, литературных персонажей.

Имена "функциональные" вытекают из функций, выполняемых машиной:

– www - HTTP (WWW) сервер;

– ftp - FTP сервер;

– ns, nss, dns - DNS (Name) сервер;

– mail - Mail сервер;

– relay - Mail Exchanger;

– proxy - соответствующий Proxy сервер.

Каждый домен (верхних уровней) DNS администрируется отдельной организацией, которая обычно разбивает свой домен на поддомены и передает функции администрирования этих поддоменов другим организациям. Каждый домен имеет уникальное имя, а каждый из поддоменов имеет уникальное имя внутри своего домена. Имя домена может содержать до 63 символов. Каждый хост в сети Internet однозначно определяется своим полным доменным именем (fully qualified domain name, FQDN), которое включает имена всех доменов по направлению от хоста к корню. Пример полного DNS-имени — www.zsu.zp.ua

В Windows сетях используется еще WINS (Window Internet Name Service) - аналог DNS, но с динамическим отслеживанием и без какого-либо масштабирования, отслеживающий соответствие имен Windows Network и IP-номеров машин.

6.7 Служба передачи файлов (FTP)

Необходимость в передаче файлов возникает, например, при приеме файлов программ, при пересылке крупных документов (например, книг), а также при передаче архивных файлов, в которых запакованы большие объемы информации.

Служба FTP имеет свои серверы в мировой сети, на которых хранятся архивы данных. Со стороны клиента для работы с серверами FTP может быть установлено специальное программное обеспечение, хотя в большинстве случаев броузеры WWW обладают встроенными возможностями для работы и по протоколу FTP.

Протокол FTP работает одновременно с двумя TСР-соединениями между сервером и клиентом. По одному соединению идет передача данных, а второе соединение используется как управляющее.

Протокол FTP также предоставляет серверу средства для идентификации обратившегося клиента. Этим часто пользуются коммерческие серверы и серверы ограниченного доступа, поставляющие информацию только зарегистрированным клиентам, — они выдают запрос на ввод имени пользователя и связанного с ним пароля. Однако существуют и десятки тысяч FTP-серверов с анонимным доступом для всех желающих. В этом случае в качестве имени пользователя надо ввести слово: anonymous, а в качестве пароля задать адрес электронной почты. В большинстве случаев программы-клиенты FTP делают это автоматически.

6.8 Служба Internet Relay Chat

Служба IRC (Internet Relay Chat) предназначена для прямого общения нескольких человек в режиме реального времени. Иногда службу IRC называют чат-конференциями или просто чатом.

В отличие от системы телеконференций, в которой общение между участниками обсуждения темы открыто всему миру, в системе IRC общение происходит только в пределах одного канала, в работе которого принимают участие обычно лишь несколько человек. Каждый пользователь может создать собственный канал и пригласить в него участников «беседы» или присоединиться к одному из открытых в данный момент каналов.

Существует несколько популярных клиентских программ для работы с серверами и сетями, поддерживающими сервис IRC. Одна из наиболее популярных — программа mtRC.exe.

6.9 Служба ICQ

Эта служба предназначена для поиска сетевого IР-адреса человека, подключенного в данный момент к Интернету.

Необходимость в подобной услуге связана с тем, что большинство пользователей не имеют постоянного IP-адреса. Название службы является акронимом выражения I seek you — я тебя ищу.

Для пользования этой службой надо зарегистрироваться на ее центральном сервере (http://www.icq.com) и получить персональный идентификационный номер UIN (Universal Internet Number). Данный номер можно сообщить партнерам по контактам, и тогда служба ICQ приобретает характер Интернет-пейджера. Зная номер UIN партнера, но не зная его текущий IP-адрес, можно через центральный сервер службы отправить ему сообщение с предложением установить соединение.

Каждый компьютер, подключенный к Интернету, должен иметь четырехзначный IP-адрес. Этот адрес может быть постоянным или динамически временным. Те компьютеры, которые включены в Интернет на постоянной основе, имеют постоянные IP-адреса. Большинство же пользователей подключаются к Интернету лишь на время сеанса. Им выдается динамический IP-адрес, действующий только в течение данного сеанса. Этот адрес выдает тот сервер, через который происходит подключение. В разных сеансах динамический IP-адрес может быть различным, причем заранее неизвестно каким.

При каждом подключении к Интернету программа ICQ, установленная на компьютере, определяет текущий IР-адрес и сообщает его центральной службе, которая, в свою очередь, оповещает ваших партнеров по контактам. Далее ваши партнеры (если они тоже являются клиентами данной службы) могут установить с вами прямую связь. Программа предоставляет возможность выбора режима связи («готов к контакту»; «прошу не беспокоить, но готов принять срочное сообщение»; «закрыт для контакта» и т. п.). После установления контакта связь происходит в режиме, аналогичном сервису IRC.

7 Подключение к сети интернет

7.1 Основные понятия

Для работы в Интернете необходимо:

– физически подключить компьютер к одному из узлов Всемирной сети;

– получить IP-адрес на постоянной или временной основе;

– установить и настроить программное обеспечение — программы-клиенты тех служб Интернета, услугами которых предполагается пользоваться.

Организации, предоставляющие возможность подключения к своему узлу и выделяющие IP-адреса, называются поставщиками услуг Интернета (используется также термин сервис-провайдер). Они оказывают подобную услугу на договорной основе.

Физическое подключение может быть выделенным или коммутируемым.

Для выделенного соединения необходимо проложить новую или арендовать готовую физическую линию связи (кабельную, оптоволоконную, радиоканал, спутниковый канал и т. п.). Такое подключение используют организации и предприятия, нуждающиеся в передаче больших объемов данных. От типа линии связи зависит ее пропускная способность (измеряется в единицах бит в секунду). В настоящее время пропускная способность мощных линий связи (оптоволоконных и спутниковых) составляет сотни мегабит в секунду (Мбит/с).

В противоположность выделенному соединению коммутируемое соединение — временное. Оно не требует специальной линии связи и может быть осуществлено, например, по телефонной линии. Коммутацию (подключение) выполняет автоматическая телефонная станция (АТС) по сигналам, выданным в момент набора телефонного номера.

Для телефонных линий связи характерна низкая пропускная способность. В зависимости от того, какое оборудование использовано на станциях АТС по пути следования сигнала, различают аналоговые и цифровые телефонные линии.

Предельная пропускная способность аналоговых линий немногим более 30 Кбит/с (одна-две страницы текста в секунду или одна-две фотографии стандартного размера в минуту). Пропускная способность цифровых телефонных линий составляет 60-120 Кбит/с, то есть в 2-4 раза выше. По аналоговым телефонным линиям связи можно передавать и видеоинформацию (что используется в видеоконференциях), но размер окна, в котором отображаются видеоданные, обычно невелик (порядка 150х150 точек) и частота смены кадров мала для получения качественного видеоряда (1-2 кадра в секунду). Для сравнения: в обычном телевидении частота кадров — 25 кадров в секунду.

Телефонные линии связи никогда не предназначались для передачи цифровых сигналов — их характеристики подходят только для передачи голоса, причем в достаточно узком диапазоне частот — 300-3 000 Гц. Поэтому для передачи цифровой информации несущие сигналы звуковой частоты модулируют по амплитуде, фазе и частоте. Такое преобразование выполняет специальное устройство — модем (название образовано от слов модулятор и демодулятор).

7.2 Установка модема

По способу подключения различают внешние и внутренние модемы. Внешние модемы подключают к разъему последовательного порта, выведенному на заднюю стенку системного блока. Внутренние модемы устанавливают в один из разъемов расширения материнской платы.

Поток данных, проходящих через модем, очень мал по сравнению с потоками, проходящими через другие устройства компьютера. Поэтому до последнего времени модемы подключали к разъемам (слотам) устаревшей малопроизводительной шины ISA. Однако в настоящее время начат выпуск модемов, рассчитанных на подключение к шине PCI.

Как и другие устройства компьютера, модем требует не только аппаратной, но и программной установки. В операционной системе Windows 98 ее можно выполнить стандартными средствами.

Пуск > Настройка > Панель управления > Установка оборудования,

хотя для модемов есть и специальное средство:

Пуска > Настройка > Панель управления > Модемы.

Для модемов, подключаемых к шине PCI, проблем с установкой обычно не возникает, поскольку они соответствуют стандарту на самоустанавливающееся оборудование (plug-and-play).

Модемы, подключаемые к шине ISA (как и другие устройства» подключаемые к этой шине), не всегда являются самоустанавливающимися, и операционная система может некорректно выполнять их автоматическую программную установку и настройку. Если при этом возникают аппаратные конфликты, они чаще всего приводят к неправильной работе самого модема или мыши. Для устранения конфликта изменяют назначение последовательного порта для мыши и/или модема и повторяют установку. Проверить правильность подключения модема можно командой

Пуск > Настройка > Модемы > Диагностика > Дополнительно.

7.3 Подключение к компьютеру поставщика услуг Интернета

Адресация в IP-сетях.

Типы адресов: физический (MAC-адрес), сетевой (IP-адрес) и символьный (DNS-имя)

Каждый компьютер в сети TCP/IP имеет адреса трех уровней:

– -Локальный адрес узла, определяемый технологией, с помощью которой построена отдельная сеть, в которую входит данный узел. Для узлов, входящих в локальные сети - это МАС-адрес сетевого адаптера или порта маршрутизатора, например, 11-А0-17-3D-BC-01. Эти адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными

– адресами, так как управляются централизовано. Для всех существующих технологий локальных сетей МАС-адрес имеет формат 6 байтов: старшие 3 байта - идентификатор фирмы производителя, а младшие 3 байта назначаются уникальным образом самим производителем. Для узлов, входящих в глобальные сети, такие как Х.25 или frame relay, локальный адрес назначается администратором глобальной сети.

– IP-адрес, состоящий из 4 байт, например, 109.26.17.100. Этот адрес используется на сетевом уровне. Он назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер сети может быть выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения Internet (Network Information Center, NIC), если сеть должна работать как составная часть Internet. Обычно провайдеры услуг Internet получают диапазоны адресов у подразделений NIC, а затем распределяют их между своими абонентами. Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального

– адреса узла. Деление IP-адреса на поле номера сети и номера узла - гибкое, и граница между этими полями может устанавливаться весьма произвольно. Узел может входить в несколько IP-сетей. В этом случае узел должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей. Таким образом IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение. Символьный идентификатор-имя, например, SERV1.IBM.COM. Этот адрес назначается администратором и состоит из нескольких частей, например, имени машины, имени организации, имени домена. Такой адрес, называемый также DNS-именем, используется на прикладном уровне, например, в протоколах FTP или telnet.

Для подключения к компьютеру поставщика услуг Интернета надо правильно настроить программу «Удаленный доступ к сети»

Мой компьютер > Удаленный доступ к сети > Новое соединение.

При настройке программы необходимы данные, которые должен сообщить поставщик услуг:

– номер телефона, по которому производится соединение;

– имя пользователя (login);

– пароль (password);

– IP-адрес сервера DNS (на всякий случай вводят два адреса — основной и дополнительный, используемый, если основной сервер DNS по каким-то причинам временно не работает).

Этих данных достаточно для подключения к Интернету, хотя при заключении договора с поставщиком услуг можно получить и дополнительную информацию, например, номера телефонов службы поддержки.

Вводить собственный IP-адрес для настройки программы не надо. Сервер поставщика услуг выделит его автоматически на время проведения сеанса связи.

В поле типа сети для сетей Ethernet указывается значение 1. Поле типа протокола позволяет использовать пакеты ARP не только для протокола IP, но и для других сетевых протоколов. Для IP значение этого поля равно 080016. Длина локального адреса для протокола Ethernet равна 6 байтам, а длина IP-адреса - 4 байтам. В поле операции для ARP запросов указывается значение 1 для протокола ARP и 2 для протокола RARP. Узел, отправляющий ARP-запрос, заполняет в пакете все поля, кроме поля искомого локального адреса (для RARP-запроса не указывается искомый IP-адрес). Значение этого поля заполняется узлом, опознавшим свой IP-адрес. В глобальных сетях администратору сети чаще всего приходится вручную формировать ARP-таблицы, в которых он задает, например, соответствие IP-адреса адресу узла сети X.25, который имеет смысл локального адреса. В последнее время наметилась тенденция автоматизации работы протокола ARP и в глобальных сетях. Для этой цели среди всех маршрутизаторов, подключенных к какой-либо глобальной сети, выделяется специальный маршрутизатор, который ведет ARP-таблицу для всех остальных узлов и маршрутизаторов этой сети. При таком централизованном подходе для всех узлов и маршрутизаторов вручную нужно задать только IP-адрес и локальный адрес выделенного маршрутизатора. Затем каждый узел и маршрутизатор регистрирует свои адреса в выделенном маршрутизаторе, а при необходимости установления соответствия между IP-адресом и локальным адресом узел обращается к выделенному маршрутизатору с запросом и автоматически получает ответ без участия администратора.

а) Три основных класса IP-адресов.

IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме, и разделенных точками, например: 128.10.2.30 - традиционная десятичная форма представления адреса, 10000000 00001010 00000010 00011110 - двоичная форма представления этого же адреса.

б) Отображение физических адресов на IP-адреса: протоколы ARP и RARP.

В протоколе IP-адрес узла, то есть адрес компьютера или порта маршрутизатора, назначается произвольно администратором сети и прямо не связан с его локальным адресом, как это сделано, например, в протоколе IPX. Подход в IP, удобно использовать в крупных сетях и по причине его независимости от формата локального адреса, и по причине стабильности, так как в противном случае, при смене на компьютере сетевого адаптера, это изменение должны бы были учитывать все адресаты всемирной сети Internet (в том случае, конечно, если сеть подключена к Интернету). Локальный адрес используется в протоколе IP только в пределах локальной сети при обмене данными между маршрутизатором и узлом этой сети. Маршрутизатор, получив пакет для узла одной из сетей, непосредственно подключенных к его портам, должен для передачи пакета сформировать кадр в соответствии с требованиями принятой в этой сети технологии и указать в нем локальный адрес узла, например его МАС-адрес. В пришедшем пакете этот адрес не указан, поэтому перед маршрутизатором встает задача поиска его по известному IP-адресу, который указан в пакете в качестве адреса назначения. С аналогичной задачей сталкивается и конечный узел, когда он хочет отправить пакет в удаленную сеть через маршрутизатор, подключенный к той же локальной сети, что и данный узел. Для определения локального адреса по IP-адресу используется протокол разрешения адреса Address Resolution Protocol, ARP. Протокол ARP работает различным образом в зависимости от того, какой протокол канального уровня работает в данной сети - протокол локальной сети (Ethernet, Token Ring, FDDI) с возможностью широковещательного доступа одновременно ко всем узлам сети, или же протокол глобальной сети (X.25, frame relay), как правило не поддерживающий широковещательный доступ. Существует также протокол, решающий обратную задачу - нахождение IP-адреса по известному локальному адресу. Он называется реверсивный ARP - RARP (Reverse Address Resolution Protocol) и используется при старте бездисковых станций, не знающих в начальный момент своего IP-адреса, но знающих адрес своего сетевого адаптера. В локальных сетях протокол ARP использует широковещательные кадры протокола канального уровня для поиска в сети узла с заданным IP-адресом. Узел, которому нужно выполнить отображение IP-адреса на локальный адрес, формирует ARP запрос, вкладывает его в кадр протокола канального уровня, указывая в нем известный IP-адрес, и рассылает запрос широковещательно. Все узлы локальной сети получают ARP запрос и сравнивают указанный там IP-адрес с собственным. В случае их совпадения узел формирует ARP-ответ, в котором указывает свой IP-адрес и свой локальный адрес и отправляет его уже направленно, так как в ARP запросе отправитель указывает свой локальный адрес. ARP-запросы и ответы используют один и тот же формат пакета. Так как локальные адреса могут в различных типах сетей иметь различную длину, то формат пакета протокола ARP зависит от типа сети.

в) Отображение символьных адресов на IP-адреса: служба DNS.

DNS (Domain Name System) - это распределенная база данных, поддерживающая иерархическую систему имен для идентификации узлов в сети Internet. Служба DNS предназначена для автоматического поиска IP-адреса по известному символьному имени узла. Спецификация DNS определяется стандартами RFC 1034 и 1035. DNS требует статической конфигурации своих таблиц, отображающих имена компьютеров в IP-адрес. Протокол DNS является служебным протоколом прикладного уровня. Этот протокол несимметричен - в нем определены DNS-серверы и DNS-клиенты. DNS-серверы хранят часть распределенной базы данных о соответствии символьных имен и IP-адресов. Эта база данных распределена по административным доменам сети Internet. Клиенты сервера DNS знают IP-адрес сервера DNS своего административного домена и по протоколу IP передают запрос, в котором сообщают известное символьное имя и просят вернуть соответствующий ему IP-адрес. Если данные о запрошенном соответствии хранятся в базе данного DNS-сервера, то он сразу посылает ответ клиенту, если же нет - то он посылает запрос DNS-серверу другого домена, который может сам обработать запрос, либо передать его другому DNS-серверу. Все DNS-серверы соединены иерархически, в соответствии с иерархией доменов сети Internet. Клиент опрашивает эти серверы имен, пока не найдет нужные отображения. Этот процесс ускоряется из-за того, что серверы имен постоянно кэшируют информацию, предоставляемую по запросам. Клиентские компьютеры могут использовать в своей работе IP-адреса нескольких DNS-серверов, для повышения надежности своей работы. База данных DNS имеет структуру дерева, называемого доменным пространством имен, в котором каждый домен (узел дерева) имеет имя и может содержать поддомены. Имя домена идентифицирует его положение в этой базе данных по отношению к родительскому домену, причем точки в имени отделяют части, соответствующие узлам домена. Корень базы данных DNS управляется центром Internet Network Information Center. Домены верхнего уровня назначаются для каждой страны, а также на организационной основе. Имена этих доменов должны следовать международному стандарту ISO 3166. Для обозначения стран используются трехбуквенные и двухбуквенные аббревиатуры, а для различных типов организаций используются следующие аббревиатуры: com - коммерческие организации (например, microsoft.com); edu - образовательные (например, mit.edu); gov - правительственные организации (например, nsf.gov); org - некоммерческие организации (например, fidonet.org); net - организации, поддерживающие сети (например, nsf.net). Каждый домен DNS администрируется отдельной организацией, которая обычно разбивает свой домен на поддомены и передает функции администрирования этих поддоменов другим организациям. Каждый домен имеет уникальное имя, а каждый из поддоменов имеет уникальное имя внутри своего домена. Имя домена может содержать до 63 символов. Каждый хост в сети Internet однозначно определяется своим полным доменным именем (fully qualified domain name, FQDN), которое включает имена всех доменов по направлению от хоста к корню. Пример полного DNS-имени: citint.dol.ru.

г) автоматизация процесса назначения ip-адресов узлам сети - протокол DHCP.

Как уже было сказано, ip-адреса могут назначаться администратором сети вручную. это представляет для администратора утомительную процедуру. ситуация усложняется еще тем, что многие пользователи не обладают достаточными знаниями для того, чтобы конфигурировать свои компьютеры для работы в интерсети и должны поэтому полагаться на администраторов. протокол dynamic host configuration protocol (dhcp) был разработан для того, чтобы освободить администратора от этих проблем.

Основным назначением dhcp является динамическое назначение ip-адресов. однако, кроме динамического, dhcp может поддерживать и более простые способы ручного и автоматического статического назначения адресов. в ручной процедуре назначения адресов активное участие принимает администратор, который предоставляет dhcp-серверу информацию о соответствии ip-адресов физическим адресам или другим идентификаторам клиентов. Эти адреса сообщаются клиентам в ответ на их запросы к dhcp-серверу. При автоматическом статическом способе dhcp-сервер присваивает ip-адрес (и, возможно, другие параметры конфигурации клиента) из пула наличных ip-адресов без вмешательства оператора. границы пула назначаемых адресов задает администратор при конфигурировании dhcp-сервера. Между идентификатором клиента и его ip-адресом по-прежнему, как и при ручном назначении, существует постоянное соответствие. Оно устанавливается в момент первичного назначения сервером dhcp ip-адреса клиенту. При всех последующих запросах сервер возвращает тот же самый ip-адрес. при динамическом распределении адресов dhcp-сервер выдает адрес клиенту на ограниченное время, что дает возможность впоследствии повторно использовать ip-адреса другими компьютерами. Динамическое разделение адресов позволяет строить ip-сеть, количество узлов в которой намного превышает количество имеющихся в распоряжении администратора ip-адресов. dhcp обеспечивает надежный и простой способ конфигурации сети tcp/ip, гарантируя отсутствие конфликтов адресов за счет централизованного управления их распределением. Администратор управляет процессом назначения адресов с помощью параметра «продолжительности аренды» (lease duration), которая определяет, как долго компьютер может использовать назначенный ip-адрес, перед тем как снова запросить его от сервера dhcp в аренду. примером работы протокола dhcp может служить ситуация, когда компьютер, являющийся клиентом dhcp, удаляется из подсети. При этом назначенный ему ip-адрес автоматически освобождается. Когда компьютер подключается к другой подсети, то ему автоматически назначается новый адрес. ни пользователь, ни сетевой администратор не вмешиваются в этот процесс. это свойство очень важно для мобильных пользователей. протокол dhcp использует модель клиент-сервер. во время старта системы компьютер-клиент dhcp, находящийся в состоянии «инициализация», посылает сообщение discover (исследовать), которое широковещательно распространяется по локальной сети и передается всем dhcp-серверам частной интерсети. Каждый dhcp-сервер, получивший это сообщение, отвечает на него сообщением offer (предложение), которое содержит ip-адрес и конфигурационную информацию. Компьютер-клиент dhcp переходит в состояние «выбор» и собирает конфигурационные предложения от dhcp-серверов. затем он выбирает одно из этих предложений, переходит в состояние «запрос» и отправляет сообщение request (запрос) тому dhcp-серверу, чье предложение было выбрано. выбранный dhcp-сервер посылает сообщение dhcp-acknowledgment (подтверждение), содержащее тот же ip-адрес, который уже был послан ранее на стадии исследования, а также параметр аренды для этого адреса. кроме того, dhcp-сервер посылает параметры сетевой конфигурации. После того, как клиент получит это подтверждение, он переходит в состояние «связь», находясь в котором он может принимать участие в работе сети tcp/ip. Компьютеры-клиенты, которые имеют локальные диски, сохраняют полученный адрес для использования при последующих стартах системы. при приближении момента истечения срока аренды адреса компьютер пытается обновить параметры аренды у dhcp-сервера, а если этот ip-адрес не может быть выделен снова, то ему возвращается другой ip-адрес. в протоколе dhcp описывается несколько типов сообщений, которые используются для обнаружения и выбора dhcp-серверов, для запросов информации о конфигурации, для продления и досрочного прекращения лицензии на ip-адрес. все эти операции направлены на то, чтобы освободить администратора сети от утомительных рутинных операций по конфигурированию сети. однако использование dhcp несет в себе и некоторые проблемы. Во-первых, это проблема согласования информационной адресной базы в службах dhcp и dns. как известно, dns служит для преобразования символьных имен в ip-адреса. Если ip-адреса будут динамически изменятся сервером dhcp, то эти изменения необходимо также динамически вносить в базу данных сервера dns. хотя протокол динамического взаимодействия между службами dns и dhcp уже реализован некоторыми фирмами (так называемая служба dynamic dns), стандарт на него пока не принят. во-вторых, нестабильность ip-адресов усложняет процесс управления сетью. системы управления, основанные на протоколе snmp, разработаны с расчетом на статичность ip-адресов. Аналогичные проблемы возникают и при конфигурировании фильтров маршрутизаторов, которые оперируют с ip-адресами. наконец, уменьшены путем использовании в сети нескольких серверов dhcp, каждый из которых имеет свой пул ip-адресов.

Список литературы

1. Титтел Э., Хадсон К., Стюарт Дж.М. Networking Essentials. Сертифицированный экзамен – экстерном. – СПб.: «Питер», 1999. – 384с.: ил.

2. Компьютерные сети /В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. – СПб.: Питер, 2001. – 644с.: ил.

3. Сетевые операционные системы /В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. – СПб.: Питер, 2001. – 544с.: ил.

4. TCP/IP. Сертифицированный экзамен экстерном. – СПб.: Питер, 1999. – 386с.: ил.

5. Секреты Windows 2000. – СПб.: Питер, 2001. – 394с.: ил.

6. Информатика: Базовый курс /С.В. Симонович и др. – СПб.: Питер, 2002. – 640 с.: ил.

7. Якоб Нильсен. Web-дизайн: книга Якоба Нильсена /Серия «Библиотека дизайнера» – М.: Символ-плюс, 2003. – 512 с.: ил.

8. Дмитрий Кирсанов. Web-дизайн: книга Дмитрия Кирсанова /Серия «Библиотека дизайнера» – М.: Символ-плюс, 2005. – 368 с.: ил.

9. А. Кожемякин. HTML и CSS в примерах. Создание Web-страниц – М.: Альтекс-А, 2004. – 416 с.: ил.

10.Питер Морвиль, Луис Розенфельд. Информационная архитектура в Интернете – М.: Символ-плюс, 2005. – 544 с.: ил.

Содержание

Введение 3

1 Сетевые концепции и термины 4

1.1 Основные понятия

1.2 Классификация сетей по масштабу 5

1.3 Классификация сетей по наличию сервера 6

1.3.1 Одноранговые сети 6

1.3.2 Сети с выделенным сервером 6

1.4 Выбор сети 7

2 Кабели и интерфейсы 7

2.1 Типы кабелей 8

2.1.1 Кабель типа «витая пара» – twisted pair 8

2.1.2 Коаксиальный кабель 10

2.1.3 Оптоволоконный кабель 11

2.2 Беспроводные технологии 12

2.2.1 Радиосвязь 12

2.2.2 Связь в микроволновом диапазоне 12

2.2.3 Инфракрасная связь 12

2.3 Параметры кабелей 13

3 Обмен данных в сети 14

3.1 Общие понятия. протокол. стек протоколов. 14

3.2 Модель ISO/OSI 15

3.3 Функции уровней модели ISO/OSI 17

3.4 Протоколы взаимодействия приложений и протоколы транспортной подсистемы 19

3.5 Функциональное соответствие видов коммуникационного оборудования уровням модели OSI 21

3.6 Спецификация IEEE 802 22

3.7 По стеку протоколов 23

4 Сетевое оборудование и топологии 25

4.1 Сетевые компоненты 25

4.1.1 Сетевые карты 25

4.1.2 Повторители и усилители 26

4.1.3 Концентраторы 26

4.1.4 Мосты 27

4.1.5 Маршрутизаторы 28

4.1.6 Шлюзы 29

4.2 Типы сетевой топологии 31

4.2.5 Смешанные топологии 34

4.3.1 Сети Х.25 35

4.3.2 Интегрированные сети ISDN 39

4.3.3 Высокоскоростные технологии построения сетей 50

4.4 Технологии SDH 52

4.5 Технология АТМ 54

4.6 Технология DPT 58

4.7 Технология Gigabit Ethernet для опорных сетей 60

5 Глобальная сеть интернет

5.1 Теоретические основы интернета 63

5.2 Работа со службами интернета 64

6 Службы сети интернет 66

6.1 Терминальный режим 66

6.2 Электронная почта (E-mail) 66

6.3 Списки рассылки (Mail List) 67

6.4 Служба телеконференций (Usenet) 67

6.5 Служба World Wide Web (www) 69

6.6 Служба имен доменов (DNS) 70

6.7 Служба передачи файлов (FTP) 73

6.8 Служба Internet Relay Chat 73

6.9 Служба ICQ 74

7 Подключение к сети интернет 74

7.1 Основные понятия 74

7.2 Установка модема 76

7.3 Подключение к компьютеру поставщика услуг интернета 76

Список литературы 83

[1] Peer-to-peer network (одноранговая сеть). Тип сети, в которой все соединенные компьютеры выступают в роли как клиентов, так и серверов.

[2] Centralized administration (централизованное администрирование). Метод контроля над доступом к ресурсам сети и управления установкой и настройкой данных из одного места.

[3] Workgroup model (модель рабочих групп). Так Microsoft называет одноранговые сети, которые включают в себя один или более компьютеров под управлением Windows NT.

[4] Password (пароль). Секретная строка (должна быть трудноугадываемой), состоящая из букв, цифр и других символов, которая используется для идентификации конкретного пользователя и управления доступом к защищенным ресурсам.

[5] Server-based network (сеть с выделенным сервером). Тип или модель сети, в которой сетевой сервер предоставляет службы и ресурсы клиентским компьютерам и управляет доступом к этим службам и ресурсам.

[6] Server (сервер). Компьютер, который отвечает на запросы со стороны сетевых клиентов на доступ к службе или к ресурсу.

[7] Client (клиент). Сетевой компьютер, который запрашивает ресурсы или службы с другого компьютера, обычно сервера какого-нибудь типа.

[8] Account (учетная запись). Информация о пользователе, которая может включать в себя имя владельца учетной записи, его пароль и принадлежащие пользователю права доступа к сетевым ресурсам.

[9] Network medium (сетевой носитель). Кабель — либо металлический, либо оптоволоконный, который связывает компьютеры в сети. Этот термин также используется для описания частот, используемых в беспроводных сетевых коммуникациях.

[10] Network protocol (сетевой протокол). Набор правил, используемых для сетевого взаимодействия. Чтобы два сетевых устройства могли успешно взаимодействовать, они должны поддерживать общий протокол.

[11] Network Interface Card, NIC (сетевой адаптер, сетевая карта). Плата адаптера персонального компьютера, которая дает возможность подключить компьютер к какому-либо типу сетевого носителя. Это устройство преобразует цифровую

Узлов

на сегмент