Основы организации сети

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, возникающих 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.