Основы организации сети

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 себя то количество байтов, которое процессор способен обработать за один цикл.

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