Реферат: Перед тем как погрузиться в подробное изучение Windows xp professional, давайте познакомимся с общими концепциями построения сетей и соответствующей терминологией

Перед тем как погрузиться в подробное изучение Windows XP Professional, давайте познакомимся с общими концепциями построения сетей и соответствующей терминологией. Знание этих базовых положений пригодится нам при рассмотрении более сложных вопросов. В лекции приведен обзор концепций сетевой работы, включая общие понятия о том, как компьютер обрабатывает данные и как это используется при организации сетевого взаимодействия. Дополнительно рассказывается о семиуровневой модели взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnect, OSI), о сетевых протоколах, с которыми вы встретитесь при работе с Windows XP Professional, о сетях Ethernet и гигабитный Ethernet и беспроводном оборудовании. Завершит лекцию обзор технологий глобальных сетей (Wide Area Network, WAN).

Если вы хорошо разбираетесь в организации сетей, то можете пропустить эту лекцию.

^ Биты и байты

Перед тем как приступить к изучению сетей и их организации, давайте разберемся в технологии работы компьютера. Это важно, поскольку способы обработки информации внутри машины действительны и для сетевых технологий. В этом разделе мы рассмотрим, как компьютеры обмениваются данными.

^ Представление данных в компьютере

Для большинства пользователей является загадкой, что же происходит в "том углу", где находится сервер и концентратор. Некоторые настолько запутались в работе своего компьютера, что им нет никакого дела до сервера и до того, что "эти компьютерщики" с ним делают. На самом же деле серверы, как и другое сетевое оборудование, - это просто компьютеры. Основное различие между рабочей станцией, сервером и маршрутизатором состоит в их конфигурации.

У сетевых устройств, в отличие от обычных компьютеров, нет мониторов и дисководов. Так происходит потому, что они выполняют одну-единственную функцию - передают трафик. Им не нужно хранить информацию или выводить ее на дисплей. Сетевые устройства, как и персональные компьютеры, имеют центральный процессор, память и операционную систему.

^ Двоичные сообщения состоят из битов

Для обмена данными компьютеры, образующие сеть, должны передавать друг другу электрические сигналы при помощи различных аппаратных средств (о которых мы поговорим позже). Эти сигналы проходят по лабиринту транзисторов и микросхем внутри компьютера, а затем отправляются по соединительным кабелям к другим сетевым устройствам.




Во время передачи от одного устройства к другому сигнал сначала попадает на сетевую интерфейсную плату (Network Interface Card, NIC), или сетевой адаптер. Сетевой адаптер преобразует электрические волновые импульсы в данные, понятные компьютеру. Он интерпретирует каждый волновой импульс как одно из состояний: включено (on) или выключено (off). Этот процесс называется преобразованием в двоичную форму. Состояние on означает двоичное число 1, а состояние off - 0. Данные, поступившие в компьютер, превращаются в биты. Файл, состоящий из битов, называется двоичным файлом.

Примечание. В оптоволоконных сетях в двоичную форму переводятся световые импульсы, также представляющие собой сигналы on и off.

Колебания напряжения электрических импульсов (своего рода азбука Морзе) преобразуются в двоичную форму. Естественно, эти колебания происходят за очень короткие промежутки времени. Период времени между двумя колебаниями называется циклом, обратная величина к периоду называется частотой, частота измеряется в герцах (Гц). Так, процессор в сетевой плате, работающий со скоростью 100 Мб/с, генерирует сто миллионов импульсов в секунду.

^ Что такое байты

Мы уже сказали, что биты являются основными блоками при обработке данных. Это действительно так, но компьютеру неудобно обрабатывать информацию по одному биту в каждый момент времени. Это выглядит так, как если бы вы, решив построить во дворе печь для барбекю, шли в магазин, приносили один кирпич, укладывали его и шли за следующим. Ясно, что вы сразу купите столько кирпичей, сколько вам требуется, а затем приступите к строительству.

Примерно так и компьютер обрабатывает биты - он собирает их в группы по 8 битов в каждой, которые называются байтами. Байт считается единицей информации. Один символ, введенный с клавиатуры, представляется одним байтом. Буква "к" в слове "клавиатура" - это 1 байт или 8 битов. Все слово "клавиатура" состоит из 10 байтов или 80 битов.




Объединение битов в байты - это логичный способ повышения эффективности работы компьютера. В результате система функционирует быстрее, ее легче программировать и отлаживать. Определение места расположения отдельного бита является задачей компьютера.

^ Компьютерные слова

Хотя приложения (а следовательно, их пользователи и разработчики) манипулируют байтами, компьютеры все-таки должны обрабатывать каждый отдельный бит. Операция перевода битов в байты в центральном процессоре может занять слишком много времени. Для ускорения этого процесса используются слова. Слова состоят из байтов так же, как байты состоят из битов. Слово включает в себе то количество байтов, которое процессор способен обработать за один цикл.




Например, процессор типа Intel Pentium III является 32-битным. Это означает, что он обрабатывает 32 бита (или 4 байта) за один полный цикл. С развитием технологий скорость обработки данных процессором возрастает. В результате на место 32-битного процессора приходит 64-битный, такой как Itanium, манипулирующий восьмибайтовым словами.

^ Архитектура компьютера

Архитектура компьютера - это состав всех его компонентов. В напечатанном виде такая подробная схема займет несколько сотен страниц. И все же некоторые компоненты остаются абстрактными. Точная реализация этих специфических участков архитектуры является задачей разработчиков.




Отделение архитектуры от спецификации продуктов реализуется с помощью уровней абстракции. Уровень абстракции - это фиксированный интерфейс между двумя компонентами системы. Этот уровень отслеживает отношения между функциями и их реализацией c обеих сторон.

Уровни абстракции становятся полезны тогда, когда в одном компоненте системы происходят изменения. В этом случае не требуется модификация другого компонента, поскольку уровни абстракции гарантируют совместимость:

между различными компонентами внутри системы;

между различными продуктами, реализующими архитектуру.

Абстракция - это всегда "головная боль", но она решает множество проблем. Например, позволяет различным командам разработчиков работать над проектами, дающими одинаковый результат. Примером служат DVD-дисководы, которые создаются различными производителями, но при этом отвечают DVD-спецификациям.

Существует несколько типов архитектур компьютера различной степени открытости. Наиболее хорошо изученной считается архитектура Microsoft/Intel 80x86. Другие архитектуры включают в себя Java, дисковые массивы RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks) и прочее. Самой важной архитектурой является эталонная модель OSI, благодаря которой возможно существование интернета и связь между различными компьютерными платформами.

Примечание. О модели OSI мы будем рассказывать позже в разделе "Модель взаимодействия открытых систем".

^ Сетевые устройства

На первый взгляд может показаться, что стоит лишь соединить два компьютера кабелем, и они без проблем начнут обмениваться информацией. К сожалению, все гораздо сложнее.

Существует несколько причин для использования сетевых устройств в различных точках сети. В малом офисе компьютеры объединяются с помощью концентратора, или хаба (hub) либо небольшого коммутатора (switch), соединенного с сервером. В крупной организации работает большее количество коммутаторов, соединенных с несколькими серверами. При работе с интернетом к этому набору добавляются маршрутизаторы (router). Давайте более подробно рассмотрим работу этих устройств, выясним их функции и место в сети.

Пару десятилетий назад аббревиатура LAN (Local Area Network - локальная вычислительная сеть) применялась для описания сетей любого размера. Независимо от количества компьютеров - два или четыре тысячи - все они объединялись в одну сеть. Позже, когда размер сетей значительно вырос, началось их разделение на сети меньшего размера.

Примечание. Благодаря LAN-сегментации, у нас появился маршрутизатор - основа интернета. Маршрутизатор был изобретен одним человеком из Стенфорда (его рабочая станция находилась в одной локальной сети), который хотел общаться со своей женой (ее рабочая станция располагалась в другой локальной сети). Эти двое и положили начало небольшой компании, о которой вы, наверное, слышали - компании Cisco.

Маршрутизаторы

Без маршрутизаторов невозможно было бы существование интернета. Маршрутизатор делает именно то, на что указывает его название - направляет данные из одной локальной сети к другому маршрутизатору, тот - к следующему, и этот процесс повторяется до тех пор, пока информация не достигнет места назначения. Маршрутизаторы играют роль дорожной полиции, разрешая пересылку данных только авторизованным машинам, чтобы гарантировать конфиденциальность личной информации. Осуществляя поддержку соединений удаленного доступа (dial-in) и выделенных линий, маршрутизаторы обрабатывают ошибки, ведут статистику использования сети и обеспечивают безопасность данных.

Интернет осуществляет информационную связь между несколькими компьютерами, поэтому разработчики осознали потребность в инструменте для поддержки этой связи. В основном, интернет использует для своих нужд существующие телекоммуникационные линии. Для того чтобы компьютер А в США установил связь с компьютером Б в Голландии, необходимо:

проложить маршрут связи в телекоммуникационной системе;

передать по этому маршруту пакеты - блоки данных, пересылаемые с помощью интернета.

Эти задания выполняют маршрутизаторы, передавая по одному пакету в единицу времени.




Примечание. Пакеты аналогичны словам, т. е. представляют собой группы байтов одинакового размера. Отличие в том, что пакеты не обрабатываются компьютером, а передаются по телекоммуникационной системе, а затем конвертируются в данные, используемые принимающим устройством.

Функции маршрутизаторов уникальны и заключаются в следующем.

Поддержка различных протоколов (Ethernet, Token Ring, ISDN и др.) для успешной реализации совместимости компьютеров.

Установка связи между локальными и глобальными сетями с возможностью создания широкомасштабных сетей при минимуме централизованного планирования.

Фильтрация нежелательного трафика посредством изоляции областей, в которых сообщения могут транслироваться всем пользователям сети.

Обеспечение безопасности за счет контроля трафика с помощью списков разрешений доступа.

Обеспечение стабильности работы за счет предоставления множества внутрисетевых маршрутов.

Автоматическая прокладка новых маршрутов и выбор наиболее оптимальных, устранение искусственных ограничений, возникающие на пути расширения и улучшения работы сети.

Маршрутизаторы похожи на универсальных переводчиков - их важнейшим качеством является способность одновременной поддержки нескольких сетевых протоколов. Именно благодаря этому несовместимые компьютеры могут поддерживать связь друг с другом, несмотря на различие в архитектуре сети, операционных системах, формате данных и т. д.

Способность маршрутизаторов отфильтровывать нежелательный трафик также очень важна для работы в сети. Некоторые представляют себе интернет территорией, где отсутствуют законы, и каждый может делать все, что ему вздумается. На самом деле сетевые администраторы могут оградить вас от нежелательной информации, соответствующим образом настроив свои маршрутизаторы. Это дает возможность эффективной работы в режиме онлайн, снижая ощущение, что кто-то посторонний просматривает секретные документы и файлы.

Серверы

Серверы - это компьютеры сети, управляющие важнейшими операциями ее функционирования. В локальных сетях серверы предоставляют информацию компьютерам-клиентам, а в более крупных сетях управляют работой файловой системы и печатью.

Функции сервера могут быть и узкоспециализированными в зависимости от потребностей компании, назначения и размеров сети. Одни серверы будут выполнять уникальные функции, а другие - дублирующие, в зависимости от важности возложенной на них работы.

На количество и размещение серверов влияют несколько факторов. Небольшой организации нужен всего один сервер для связи с компьютерами-клиентами. В крупных организациях серверы выполняют более специализированные задания. Как показано на рис. 1.1, в компании Acme Consolidated Consumer Products используется несколько серверов, выполняющих различные функции.

Веб-сервер содержит информацию веб-сайта (веб-страницы и онлайновый каталог).

Файловый сервер централизованно хранит файлы компании.

Сервер печати хранит задания для печати на принтере.

Сервер приложений содержит приложения, с которыми работают посетители веб-сайта и служащие компании.

Почтовый сервер контролирует электронную почту.

Каждый из этих серверов может быть отдельным устройством, но это не обязательно. На одном компьютере можно разместить несколько отдельных серверов, если правильно их настроить.




Рис. 1.1.  Размещение серверов в сети

Концентраторы и коммутаторы

Концентраторы и коммутаторы - это те самые устройства, чей внешний вид больше всего пугает пользователей, со множеством портов, к которым присоединены кабелями пятой категории компьютеры этих пользователей. Основной функцией концентраторов и коммутаторов является соединение многочисленных устройств (персональных компьютеров, принтеров, других концентраторов и коммутаторов) с серверами.

Концентратор (хаб) предназначен для соединения нескольких персональных компьютеров с одним сервером. Его принцип работы напоминает работу распределителя электропитания, который используется для подключения к одной розетке нескольких устройств (телевизора, DVD-плеера, спутниковой тарелки и т.д.) При обмене данными между сервером и его клиентами хаб разделяет одно соединение на несколько.

Хаб передает один и тот же сигнал на все выходные порты, поэтому данные распространяются на все устройства локальной сети, подключенные к нему. Остается загадкой, почему в ваш компьютер не попадают данные, предназначенные для коллеги за соседним столом. Это происходит благодаря тому, что каждый компьютер отфильтровывает те пакеты, которые ему не предназначены.

Коммутатор во многом похож на концентратор. Оба устройства имеют панель с портами (разъемами), к которым подключается кабель типа "витая пара". Концентраторы и коммутаторы образуют в локальной сети домен и используются для прямой доставки сообщений через главную магистраль сети.

Коммутатор отличается от хаба тем, что может создавать в сети выделенные (частные) соединения. В нашем примере с распределителем электропитания электрический ток разделяется на несколько потоков, подводимых ко всем устройствам в помещении. Эта аналогия соответствует работе коммутатора не полностью, поскольку он работает избирательно. Тут в большей степени подходит сравнение с системой коммутации, используемой в локальной АТС. Когда вы звоните своей матери по городскому телефону, то коммутатор работает таким образом, что образуется изолированная цепь, чтобы вы могли вести приватную беседу по поводу тети Джулии. Если бы соединение осуществлялось с помощью концентратора, то ваша беседа транслировалась бы на каждый телефонный аппарат, подключенный к нему. На рис. 1.2 показано отличие в работе концентратора и коммутатора.




Рис. 1.2.  Концентратор повторяет сигнал, а коммутатор направляет его к определенному порту

Коммутаторы удобны тем, что они разделяют полосу пропускания. В коммутируемых сетях все устройства получают полный доступ к полосе пропускания физической среды передачи данных, и для выполнения передачи требуются доли секунды.

Концентратор принимает кадры (фреймы) от одного хоста (устройства, подключенного к сети и работающего через протокол TCP/IP) и пересылает их на все хосты, которые с ним связаны. Коммутатор просматривает кадры, поступающие через его порты, и сразу передает их порту (или портам) другого коммутатора. Весь процесс происходит очень быстро, поэтому коммутаторы передают одновременно несколько потоков данных. Таким образом, коммутатор может поддерживать десятки хостов посредством одного коммутируемого порта. На самом деле в каждый момент времени от порта к порту пересылается один кадр, но процесс выполняется настолько быстро, что становится прозрачным для всех работающих хостов.

^ Модель взаимодействия открытых систем

Для того чтобы сетевые устройства могли общаться друг с другом, они должны "говорить" на одном языке. Однако множество компаний разрабатывают свои собственные фирменные устройства и операционные системы, поэтому возникает вопрос - как определить лучшую из них? Кто принимает решение о том, на каком языке эти устройства обмениваются информацией?

На этот вопрос дала ответ Международная организация по стандартизации (International Standards Organization, ISO), расположенная в Париже. В 1978 г. ISO обнародовала эталонную модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI). Эта модель состоит из семи уровней и является стандартом для разработки интерфейсов взаимодействующих устройств, она стала основой для создания популярного межсетевого протокола IP (Internet Protocol).

Семиуровневая модель OSI является базой для осуществления взаимодействия в сетях, т. е. компьютерная система одного разработчика получает возможность обмениваться данными с системой другого разработчика. Трудности обмена информацией между различными системами напоминают разговор представителей двух разных национальностей. Если вы предложите выходцу из Германии поговорить с уроженцем Аргентины, то попытка общения потерпит неудачу при условии, что никто из говорящих не знает языка страны собеседника. С компьютерами все обстоит еще хуже, так как они не могут размахивать руками и говорить на языке жестов. Без модели OSI компьютер Macintosh не сможет получить доступ к PC-серверу и обменяться информацией с Novell-сервером.

^ Семиуровневый стек

Модель OSI делит сеть на семь функциональных уровней, поэтому ее иногда называют семиуровневым стеком. Каждый уровень соответствует функции или набору функций, которые выполняются во время прохождения данных по сети. Модель OSI является стандартом, поэтому не имеет значения, какие протоколы взаимодействуют друг с другом. Если протоколы работают в рамках семиуровневого стека, то на каждом уровне действуют одни и те же правила, создавая межпротокольную связь.

Каждый уровень имеет свой собственный протокол взаимодействия между устройствами (см. рис. 1.3). Для установки соединения в рамках стандартизированного взаимодействия каждый уровень обращается к другому уровню для управления определенным фрагментом сетевого соединения. Между уровнями всегда имеется фиксированный интерфейс, позволяя установку соединения с помощью различных протоколов.




Рис. 1.3.  Каждый уровень модели OSI работает со своим протоколом для установки связи между устройствами

Таким образом, наличие абстрактных уровней облегчает кажущуюся невыполнимой задачу по установке соединения. Чем выше мы поднимемся по стеку, начиная с самых основ - электрических сигналов в среде передачи данных, тем ближе подойдем к пользователю - к реальному содержанию пересылаемых данных. Ниже приведено описание уровней модели OSI.

1 уровень - физический. Здесь устанавливается стандарт физической среды передачи для транспортировки данных между двумя устройствами, уточняются электрические и механические характеристики сигнала (витая пара, оптоволоконный кабель, коаксиальный кабель и сетевой адаптер).

2 уровень - канальный. Контролирует доступ в сеть и гарантирует прохождение кадров по каналам сети. Наиболее популярным здесь является протокол CSMA/CD (Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий).

3 уровень - сетевой. Здесь осуществляется управление перемещением данных между различными сетями. Протоколы этого уровня отвечают за поиск устройства, которому предназначены данные. Примерами протоколов третьего уровня являются IP, IPX и Apple Talk.

4 уровень - транспортный. Контролирует доставку одного фрагмента данных к пункту назначения и в правильном порядке; здесь работают протоколы TCP и UDP.

Примечание. Мы будем обсуждать протоколы TCP и UDP в гл. 3.

5 уровень - сеансовый. Отвечает за установку и завершение соединений, организует сеансы связи между двумя устройствами. Протоколами этого уровня являются LDAP и RPC.

6 уровень - уровень представлений. Здесь данные форматируются для вывода на дисплей и принтер; используются протоколы LPP и NetBIOS.

7 уровень - уровень приложений. В верхней части стека находятся протоколы, используемые для выполнения задач: SMTP для работы с электронной почтой, HTTP для веб-браузеров и серверов, Telnet для сеансов связи с удаленными терминалами и множество других.

Примечание. Обратите внимание на правильное значение названия "уровень приложений"! Здесь имеются в виду сетевые, а не программные прикладные приложения типа текстовых редакторов или электронных таблиц. Сетевые приложения включают в себя электронную почту, веб-браузеры и протокол пересылки файлов (FTP).

^ Реализация OSI

Понять, как работает модель OSI, легче, если мы взглянем на нее под другим углом зрения. Модель взаимодействия открытых систем имеет вертикальную структуру, которая называется стеком, а мы расположим ее горизонтально. В предыдущем разделе мы поднимались от уровня 1 и до уровня 7. На этот раз начнем с уровня 7 (ближайшего к пользователю) и пройдем по стеку до физического уровня. Это поможет нам разобраться во взаимодействии различных уровней.

В основе любого сообщения лежит полезная нагрузка. Ее размеры и содержимое зависят от программного приложения. Важно понять, что при пересылке данных вся полезная нагрузка обычно не помещается в одном сообщении. Чаще всего эта нагрузка разбивается на отдельные небольшие порции, к заголовкам которых добавляются протоколы, управляющие сообщением. Величина порции полезной нагрузки зависит от используемого приложения. Например, если вы открыли сессию Telnet с библиотекой, то будет передаваться небольшой объем данных (коды клавиш, которые вы нажимаете, и числа). А вот при загрузке файла с FTP-сайта величина полезной нагрузки будет гораздо больше и составит миллионы байтов в тысячах пакетов.

Помимо полезной нагрузки имеются протоколы, управляющие передачей сообщения. Первые три уровня в этой модели управляют используемым сетевым приложением (уровень приложений), форматом представления данных (уровень представлений) и характеристиками соединения (сеансовый уровень). Например, порт 25 идентифицирует SMTP-приложение электронной почты.

Примечание. Порты не являются физическими объектами, как можно предположить из их названия. Это, скорее, логические зоны компьютера, где ожидается получение информации определенного типа.




При переходе на следующий уровень - транспортный - размер сообщения немного увеличивается. Здесь главная задача состоит в предоставлении принимающему компьютеру сведений о поступающем сообщении, а также в том, чтобы он не был перегружен пакетами. Кроме того, этот уровень дает гарантию того, что все передаваемые пакеты дойдут до получателя.




Следующий уровень, добавляемый к сообщению, - сетевой уровень. Именно на этом этапе сообщение превращается в пакет или дейтаграмму. В заголовок пакета включается логический сетевой адрес, по которому передается сообщение. В числе других сетевые протоколы включают в себя и протокол IP.




За сетевым уровнем следует канальный уровень. Здесь считываются данные, представленные в двоичном виде, и добавляются к формату, который называется кадром. Формат кадра задается протоколом сетевого адаптера (например, Ethernet или ATM). В заголовке каждого кадра содержится MAC-адрес (Media Access Control) - адрес управления доступом к среде для сетевого устройства. У каждого сетевого адаптера есть свой уникальный MAC-идентификатор.




Вот мы и дошли до физического уровня. Вы помните, что на этом уровне сообщение преобразуется в последовательность импульсов, передающих данные в двоичном виде. Это последний уровень стека, и он не зависит от того, в каком виде передается сигнал, - в виде электрических импульсов обычной сети или световых импульсов оптоволоконной линии. Импульсы обрабатываются платами сетевого интерфейса, программное обеспечение сетевой среды в этом процессе не участвует.

^ Сетевые технологии

Теперь поговорим о технологиях, с помощью которых происходит передача пакетов данных. Сетевые технологии работают в сегментах локальных сетей и называются также LAN-технологиями или сетевыми спецификациями. Самой популярной сетевой технологией является Ethernet, но вы можете подыскать для своей сети другую, более подходящую технологию.

В этом разделе мы обсудим технологию Ethernet и ее разновидности: Ethernet, работающий на скорости 1 Гбит/с (гигабитный Ethernet), и Ethernet, работающий на скорости 10 Гбит/с (десятигигабитный Ethernet); поговорим о технологиях Token Ring, ATM (Asynchronous Transfer Mode) и беспроводной сети.

Как уже было сказано выше, сетевые технологии реализуются на канальном уровне стандартной модели OSI. Это значит, что их можно охарактеризовать физическими носителями и способом управления доступом к этим носителям. Работа в сети требует наличия связности отдельных сетевых устройств и определенного порядка их взаимодействия. По этой причине канальный уровень передачи данных еще называют уровнем управления доступом к среде или MAC-уровнем. Сообщения, расположенные на этом уровне, называются фреймами.




Порядок взаимодействия в сетевом соединении обеспечивается только за счет МАС-адресов (серийных номеров или идентификаторов). Для передачи сообщения из локальной сети во внешнюю необходим протокол сетевого уровня, например IP. Сетевые технологии могут функционировать только в коммутируемых объединенных сетях, т.е. их целесообразно использовать в локальных сетях или при передаче по простым, неразветвленным, протяженным маршрутам.

Сетевые технологии работают на двух уровнях.

Сети общего доступа. Сетевые технологии обеспечивают связь между устройствами, рабочими группами и общими ресурсами типа принтеров и серверов. Такие локальные сети формируются с помощью хабов или коммутаторов и обеспечивают соединение "местного" масштаба. Например, в крупном учреждении сети общего доступа могут охватить один этаж.

Магистральные сети. Сетевые технологии устанавливают связи между сетями общего доступа и такими устройствами, как серверы баз данных и почтовые серверы. Магистральные сети включают в себя маршрутизаторы и LAN-коммутаторы. Обычно они служат для соединения сетей внутри одного здания или студенческого городка. На рисунке 1.4 показано различие между сетями общего доступа и магистральными сетями.

До сих пор в этой лекции мы обсуждали тот факт, что разные компьютеры могут общаться друг с другом с помощью уникальных, присущих только им способов. Но общаются не только компьютеры. Некоторые компании разработали свои собственные средства преодоления межсетевого пространства как локального, так и глобального масштаба.




Рис. 1.4.  Сеть общего доступа и магистральная сеть

Ethernet

В 1970 г. корпорация Xerox разработала первую версию Ethernet. Спустя десять лет, в результате совместных усилий с компаниями Intel и Digital Equipment Corporation (позже превратившейся в Compaq), в 1983 г. была выпущена вторая версия. В последующие 20 лет Ethernet стала лидирующей сетевой технологией. Возможно, такой популярности Ethernet обязана своей дешевизне. Сетевая карта Ethernet стоит меньше 10 долларов, а некоторые производители интегрируют Ethernet-карты в материнские платы своих компьютеров.

Наряду с популярностью возрастала и мощность Ethernet. Термин Ethernet стал применяться при описании технологии со скоростью передачи данных в 10 Мб/с. Fast Ethernet, внедренный в 1995 г., работал на скорости 100 Мб/с. В следующем году появился гигабитный Ethernet, а в 2002 г. в качестве стандарта был предложен 10-гигабитный Ethernet, который выводит технологию Ethernet на просторы глобальных вычислительных сетей (WAN). Технология Ethernet удовлетворяет спецификации IEEE 802.3.

Примечание. Институт инженеров по электротехнике и электронике (Institute for Electronics Engineers - IEEE), возникший еще в 20 веке, разработал стандарты для первого и второго уровней модели OSI. Стандарты 3 уровня (и выше) выпустила инженерная группа проектирования интернета (Internet Engineering Task Force - IETF).

^ Архитектура Ethernet

Популярность Ethernet нередко вызывает удивление. Эта технология изначально не является эффективной. На самом деле только 37 % полосы пропускания подходит для ее функционирования, так как Ethernet работает в условиях одновременного использования канала связи. Устройства, подключенные к локальной сети Ethernet, прослушивают линию и ожидают ее освобождения для отправки сообщения. Если два устройства одновременно начинают передачу данных, и их пакеты сталкиваются, то обе передачи прерываются, и рабочие станции через некоторое время, определяемое случайным образом, осуществляют новую попытку отправки данных.

Ethernet использует алгоритм CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов) для прослушивания линии, распознавания коллизии и прерывания передачи. CSMA/CD является "светофором" технологии Ethernet и служит для предотвращения беспорядочных столкновений пакетов в сети. На рисунке 1.5 показано, как работает алгоритм CSMA/CD.




Рис. 1.5.  Работа алгоритма CSMA/CD

Технология Ethernet использует общую среду передачи, поэтому все устройства локальной сети Ethernet получают все сообщения, а затем проверяют, совпадает ли адрес назначения с собственным адресом устройства. Если адреса совпадают, то сообщение принимается и проходит через все семь уровней стека, в противном случае сообщение отбрасывается.

Реализация коммутируемой архитектуры сети Ethernet имеет преимущество в том, что линии, связывающие коммутатор с устройствами, подключенными к сети, получают полосу пропускания максимальной ширины. Это объясняется тем, что передаваемые пакеты не отправляются широковещанием ко всем устройствам сети, а передаются от коммутатора к пункту назначения.

^ Гигабитный Ethernet

Гигабитный Ethernet является расширением Ethernet-стандарта до скорости 1000 Мб/с. Такой скачок вызван тем, что он наследует возможности других Ethernet-спецификаций (исходного 10-мегабитного Ethernet и 100-мегабитного Fast Ethernet).

Технология гигабитного Ethernet является основным конкурентом технологии ATM. (Об этой технологии мы будем кратко говорить далее). Так как Ethernet является самой популярной сетевой технологией, то гигабитный Ethernet выигрывает у ATM, поскольку является более изученным. Изначально он разрабатывался для эксплуатации в локальных сетях, но при возрастании скорости передачи данных до 1 Гбит/с его можно использовать в качестве WAN-технологии.

Несмотря на высокую скорость передачи, Ethernet не совсем подходит для глобальных сетей. Эта технология использует кадры переменного размера - от 64 до 1400 байт, что не соответствует характеристикам ATM по качеству обслуживания (Quality of Service, QoS).

Примечание. Качество обслуживания (QoS) гарантирует наиболее эффективную отправку и получение пакетов. В лекции 5 мы более подробно рассмотрим QoS и его реализацию в Windows XP.

Разумеется, о конкретных нуждах и эксплуатационных возможностях организации можно говорить долго. Если компания не делает акцент на характеристики QoS и имеет достаточную базу знаний об Ethernet, то идеальным решением для нее является гигабитный Ethernet. Популярным решением такой сети является подключение локальных сетей общего доступа с технологией Fast Ethernet к магистральной сети, работающей по технологии гигабитного Ethernet.

^ 10-гигабитный Ethernet

Следующей ступенькой в развитии Ethernet стал 10-гигабитный Ethernet. Скорости передачи 10 Мбит/с и 100 Мбит/с в технологии Ethernet делают ее хорошим способом доступа к данным, гигабитный Ethernet становится претендентом на роль WAN. А 10-гигабитная реализация Ethernet становится настоящей глобальной сетевой технологией.

10-гигабитный Ethernet использует Ethernet-протокол, формат кадра и размер кадра, определенные в спецификации IEEE 802.3. Переменный размер кадров по-прежнему остается проблемой, однако принципиальных трудностей для группировки множества мелких пакетов в один большой транк (trunk) технологии 10-гигабитного Ethernet, не существует. Все "за" и "против" должны рассматриваться для конкретной организации или ситуации.

^ Token Ring

У вас могло сложиться впечатление, что весь мир пользуется Ethernet-соединениями, но все же это не единственный стандарт для локальных сетей. Технология Token Ring является главным конкурентом Ethernet в борьбе за лидерство в LAN-технологиях. По крайней мере, так было до сих пор. Token Ring отличается своей архитектурой и не совместим с Ethernet во всем, что касается сетевых карт, соединительных кабелей и программного обеспечения.

Примечание. Технология Ethernet определяется в спецификации IEEE 802.3, технология Token Ring - в спецификации IEEE 802.5.

Token Ring (кольцевая сеть с маркерным доступом) называется так, потому что образует из хостов (узлов) логическое кольцо. Сегменты локальной сети, организованной по технологии Token Ring, передают сигналы по очереди от одного хоста к следующему, как если бы кабель на самом деле представлял собой одно гигантское кольцо. На практике хосты не обязательно соединяются по кругу, более того, конфигурация их соединения может иметь обычную топологию "звезда" (см. рис. 1.6