Топология сети

Для обеспечения связи более чем двух компьютеров может использоваться последовательность соединений типа “точка-точка”.

Однако такой подход требует установки на большую часть компьютеров нескольких устройств передачи данных.

В качестве альтернативного подхода возможно использование более сложных топологий, позволяющих подключить к общей среде сразу несколько компьютеров, имеющих по одному устройству передачи данных. Выделяют три базовые топологии: “Шина” (“bus”), “Кольцо” (“ring”), “Звезда” (“star”).

Топология «Шина»

Топология «Кольцо»

Для топологии кольцо характерно отсутствие конечных точек соединения; сеть замкнута, образуя неразрывное кольцо, по которому передаются данные. Эта топология подразумевает следующий механизм передачи: данные передаются последовательно от одного компьютера к другому, пока не достигнут компьютера-получателя. Недостатки топологии “кольцо” те же, то и у топологии “шина”:

неустойчивость к повреждениям кабельной системы.

Топология «Звезда»

В сети с топологией “звезда” все компьютеры соединены со специальным устройством, называемым сетевым концентратором или “хабом” (hub), который выполняет функции распределения данных. Прямые соединения двух компьютеров в сети отсутствуют. Благодаря этому, имеется возможность решения проблемы общедоступности данных, а также повышается устойчивость к повреждениям кабельной системы. Однако функциональность сети зависит от состояния сетевого концентратора.

Физическая и логическая топологии

Следует отметить, что термин топология может употребляться для обозначения двух понятий – физической топологии и логической топологии. Физическая топология – способ физического соединения компьютеров с помощью среды передачи, например, участками кабеля. Логическая топология определяет маршруты передачи данных в сети. Во многих случаях, физическая топология однозначно определяет логическую топологию. Однако существуют такие конфигурации, в которых логическая топология отличается от физической. Например, сеть с физической топологией «звезда» может иметь логическую топологию «шина» – все зависит от того, каким образом устроен сетевой концентратор.

Источник

Какая логическая топология показана на рисунке

Существует множество способов соединения сетевых устройств. Выделяют следующие топологии:

Рассмотрим каждую из них по подробнее.

1) Полносвязная топология — топология компьютерной сети, в которой каждая рабочая станция подключена ко всем остальным. Этот вариант является громоздким и неэффективным, несмотря на свою логическую простоту. Для каждой пары должна быть выделена независимая линия, каждый компьютер должен иметь столько коммуникационных портов сколько компьютеров в сети. По этим причинам сеть

Технология доступа в сетях этой топологии реализуется методом передачи маркера. Маркер – это пакет, снабженный специальной последовательностью бит (его можно сравнить с конвертом для письма). Он последовательно предается по кольцу от компьютера к компьютеру в одном направлении. Каждый узел ретранслирует передаваемый маркер. Компьютер может передать свои данные, если он получил пустой маркер. Маркер с пакетом передается, пока не обнаружится компьютер, которому предназначен пакет. В этом компьютере данные принимаются, но маркер движется дальше и возвращается к отправителю.
После того, как отправивший пакет компьютер убедится, что пакет доставлен адресату, маркер освобождается.

Получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. Эта топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для крупных сетей.

3) Общая шина, представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала.

Сравнение с другими топологиями.

Сравнение с другими топологиями.

Работа в сети кольца заключается в том, что каждый компьютер ретранслирует (возобновляет) сигнал, то есть выступает в роли повторителя, потому затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Четко выделенного центра в этом случае нет, все компьютеры могут быть одинаковыми. Однако достаточно часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует обмен. Понятно, что наличие такого управляющего абонента снижает надежность сети, потому что выход его из строя сразу же парализует весь обмен.

Компьютеры в кольце не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шинной топологии). Одни из них обязательно получают информацию от компьютера, который ведет передачу в этот момент, раньше, а другие — позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на «кольцо». В этих методах право на следующую передачу (или, как еще говорят, на захват сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру.

Подключение новых абонентов в «кольцо» обычно совсем безболезненно, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае топологии «шина», максимальное количество абонентов в кольце может быть достаточно большое (1000 и больше). Кольцевая топология обычно является самой стойкой к перегрузкам, она обеспечивает уверенную работу с самыми большими потоками переданной по сети информации, потому что в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды).

В кольце, в отличие от других топологий (звезда, шина), не используется конкурентный метод посылки данных, компьютер в сети получает данные от стоящего предыдущим в списке адресатов и перенаправляет их далее, если они адресованы не ему. Список адресатов генерируется компьютером, являющимся генератором маркера. Сетевой модуль генерирует маркерный сигнал (обычно порядка 2—10 байт во избежание затухания) и передает его следующей системе (иногда по возрастанию MAC-адреса). Следующая система, приняв сигнал, не анализирует его, а просто передает дальше. Это так называемый нулевой цикл.

Последующий алгоритм работы таков — пакет данных GRE, передаваемый отправителем адресату начинает следовать по пути, проложенному маркером. Пакет передаётся до тех пор, пока не доберётся до получателя.

Сравнение с другими топологиями.

Источник

Информационная безопасность

Практика информационной безопасности

Страницы

четверг, 13 мая 2010 г.

ISSP \ Домен 05. Телекоммуникации и сетевая безопасность. Часть 3

Организация сети может дать прекрасные возможности за короткое время. В начале компьютерной эры использовались мейнфреймы. Они были изолированы в серверных помещениях и доступ к ним осуществлялся посредством простых терминалов. Однако это еще не сеть в чистом виде. В конце 1960-х – начале 1970-х годов исследователи нашли способ объединения всех мейнфреймов и Unix-систем для обеспечения их взаимодействия. Это были первые шаги Интернета.

Микрокомпьютеры использовались во многих офисах и на рабочих местах. Терминалы стали немного «умнее» и полезнее при совместном использовании офисных ресурсов. А затем был разработан Ethernet, позволивший создать настоящую сеть.

ПРИМЕЧАНИЕ. Значительной частью организации сети являются вопросы идентификации и аутентификации, рассмотренные в Домене 02. Однако, сейчас важно отметить, что аутентификация самого по себе узла сети не может быть использована для установления доверительных отношений между пользователями сети. В распределенной сети тема доверия является основной проблемой безопасности.

Физическое размещение компьютеров и устройств называется сетевой топологией. Топология указывает на способ, которым физически соединена сеть, показывает размещение ресурсов и систем. Существует разница между физической топологией сети и логической топологией. Сеть может быть сконфигурирована физически как звезда, а логически – как кольцо, использующее технологию Token Ring.

Выбор лучшей топологии для конкретной сети зависит от таких вещей, как предполагаемый порядок взаимодействия узлов, используемые протоколы, типы приложений, надежность, расширяемость, физическое размещение в здании, а также от уже внедренных технологий. Неверная топология (или комбинация топологий) может негативно сказаться на производительности сети, ее продуктивности и возможностях расширения.

В этом разделе описаны основные типы сетевых топологий. Большинство сетей значительно более сложны и реализованы с использованием комбинации топологий.

В простой топологии «шина» (bus topology), единственный кабель проходит по всей длине сети. Узлы подключаются к сети «в разрыв» кабеля. Данные передаются по всей длине кабеля, и каждый узел может просмотреть любой передаваемых пакетов. Каждый узел решает, принять ему пакет или проигнорировать его, ориентируясь на указанный в пакете адрес компьютера-получателя.

Существует два основных типа топологии «шина»: линейная и древовидная. Линейная топология «шина» имеет один кабель, к которому подсоединены все узлы. Древовидная топология «шина» имеет отдельные ответвления от единого кабеля, к каждому ответвлению может быть подключено множество узлов.

В простой реализации топологии «шина», если одна рабочая станция выходит из строя, она оказывает негативное влияние на другие системы, т.к. они в определенной степени взаимозависимы. Подключение всех узлов к одному кабелю – это единая точка отказа. Традиционно Ethernet использует топологию «звезда».

В топологии «звезда» (star topology) все узлы подключаются к центральному устройству, такому как коммутатор (switch). Каждый узел имеет выделенное подключение к центральному устройству. Центральное устройство должно обеспечивать достаточную пропускную способность, чтобы не стать «бутылочным горлышком» для всей сети. Использование центрального устройства потенциально является единой точкой отказа, поэтому должна быть обеспечена некоторая избыточность. Коммутаторы могут быть настроены в плоской или иерархической реализации, которую могут использовать крупные компании.

Когда одна рабочая станция выходит из строя в топологии «звезда», это не оказывает воздействия на другие системы, как в топологиях «шина» или «кольцо». В топологии «звезда» каждая система независима от других, но она зависит от центрального устройства. Эта топология обычно требует меньше проводов, чем другие топологии, и, как следствие, существует меньше шансов разрыва провода, а задача выявления проблем существено упрощается.

Не многие сети используют в чистом виде топологию линейной «шины» или «кольцо» в локальной сети. Топология «кольцо» может быть использована для магистральной сети, но большинство локальных вычислительных сетей (LAN) создается на базе топологии «звезда», поскольку это повышает отказоустойчивость сети и позволяет ей не зависеть от проблем отдельных узлов. Помните, что существует разница между физической топологией и методами доступа к среде передачи информации. Даже если сеть построена как Token Ring или Ethernet, это говорит только о том, как подключен к среде передачи информации каждый узел этой сети и как проходит трафик. Хотя Token Ring обычно работает через «кольцо», а Ethernet подразумевает реализацию «шины», эти термины относятся только к логической организаций сети, реализующейся на канальном уровне. Если при этом физически проще организовать «звезду», то так и делают.

Резюме по различным сетевым топологиям и их наиболее важные характеристики представлены в таблице 5-2.

ПРИМЕЧАНИЕ. При использовании топологии «кольцо» или «шина» все узлы между системами отправителя и получателя имеют доступ к передаваемым данным. Это упрощает для атакующего задачу получения потенциально критичных данных.

Вопрос: Говорят, что LAN охватывает относительно небольшую площадь. При каких размерах сеть перестают быть LAN?
Ответ: Когда две отдельные сети LAN соединены маршрутизатором, в результате образуется объединенная сеть (internetwork), которая не является большой LAN. Каждая отдельная LAN имеет собственную схему адресации, широковещательный домен (broadcast domain) и коммуникационные механизмы. Если две сети LAN соединены с помощью других технологий канального уровня, таких как Frame Relay или X.25, они образуют WAN.

Ethernet – это сетевая технология (LAN-sharing), позволяющая нескольким устройствам взаимодействовать в рамках одной сети. Ethernet обычно использует топологию «звезда» или «шина». Если используется топология линейной шины, все устройства подключаются к одному кабелю. Если используется топология «звезда», каждое устройство кабелем соединяется с центральным устройством (например, с коммутатором). Ethernet был разработан в 1970-х годах и стал доступен для применения в бизнесе в 1980 году. Он был назван стандартом IEEE 802.3.

В своей короткой Ethernet истории прошел эволюцию с реализации на коаксиальном кабеле, работающем на скорости 10 Mб/с, до 5-й категории витой пары, работающей на скоростях 100 Мб/с, 1 Гб/с и даже 10 Гб/с.

10Base2. 10Base2, ThinNet использует коаксиальный кабель. Максимальная длина кабеля составляет 185 метров, обеспечивается скорость передачи 10 Мбит/с, требуются BNC-коннекторы (British Naval Connector) для сетевых устройств.

10Base5. 10Base5, ThickNet использует толстый коаксиальный кабель. При использовании ThickNet могут применяться более длинные сегменты кабеля, чем для ThinNet, поэтому ThickNet часто используется для магистральной сети. ThickNet более устойчив к электрическим помехам, чем ThinNet, поэтому обычно он предпочтительнее при прокладке кабеля через подверженное электрическим помехам пространство. При использовании ThickNet также требуются BNC-коннекторы, т.к. он тоже использует коаксиальный кабель.

10Base-T. 10Base-T использует витую пару с медными проводами вместо коаксиального кабеля. Витая пара использует один провод для передачи данных, а другой – для приема. 10Base-T обычно применяется в топологии «звезда», позволяющей легко настраивать сеть. В топологии «звезда» все системы подключены к центральному устройству в плоской или иерархической конфигурации.

Сети 10Base-T используют коннектор RJ-45, который используется для подключения компьютеров. Провода чаще всего прокладывают по стенам и подключают к коммутационной панели. Коммутационная панель обычно подключается к концентратору 10Base-T, который открывает дверь к магистральному кабелю или центральному коммутатору. Этот тип конфигурации показан на рисунке 5-20.

Fast Ethernet: Ускоренный Ethernet. Не удивительно, что когда-то скорость 10 Мбит/с казалась заоблачной, но сейчас большинству пользователей требуется значительно большая скорость. Для реализации этой потребности был разработан Fast Ethernet.

Fast Ethernet использует традиционный CSMA/CD (о ней расказывается дальше в этом домене) и оригинальный формат кадра Ethernet. Именно поэтому он используется многими корпоративными средами LAN в настоящее время. В одной среде могут работать одновременно сетевые сегменты со скоростью 10 и 100 Мбит/с, соединенные через 10/100 концентратор или коммутатор.

В настоящее время существует четыре основных типа Fast Ethernet, они отличаются используемыми кабелями и дальностью передачи. Для более подробной информации о них пройдите по приведенным ниже ссылкам.

Как и Ethernet, Token Ring – это технология LAN, позволяющая передавать информацию и совместно использовать сетевые ресурсы. Технология Token Ring была разработана IBM и определена в стандарте IEEE 802.5. Она использует технологию передачи маркеров (токенов) в топологии, организованной в виде «звезды». Часть «ring» в имени технологии связана с потоком прохождения сигналов, образующим логическое кольцо. Каждый компьютер подключен к центральному концентратору, называющемуся модулем множественного доступа (MAU – Multistation Access Unit). Физически топология может быть организована в виде «звезды», однако сигналы проходят по логическому кольцу.

Технология передачи маркеров – это единственная технология, в которой данные не помещаются в сетевой провод, не имея специального маркера (token), являющегося управляющим кадром, путешествующим по логическому кольцу и захватывающимся, когда какой-либо системе нужно взаимодействовать с другой системой. Это отличается от Ethernet, в котором все устройства пытаются взаимодействоввать одновременно, из-за чего Ethernet зовут «болтливым протоколом», такой подход приводит к коллизиям. В Token Ring не бывает коллизий, так как только одна система может передавать информацию в каждый момент времени, однако из-за этого скорость передачи данных снижается по сравнению с Ethernet.

В начале технология Token Ring позволяла передавать данные со скоростью 4 Мбит/с, затем она была увеличена до 16 Мбит/с. Когда кадр помещается в провод, каждый компьютер просматривает его, чтобы проверить, не адресован ли он ему. Если кадр адресован не ему, компьютер помещает его обратно в сетевой провод, усиливая сигнал, который идет к следующему компьютеру по кругу.

Token Ring применяет пару механизмов для обработки проблем, которые могут возникнуть в сети этого типа. Механизм активного мониторинга удаляет кадры, которые продолжают кружить по сети. Это происходит, когда компьютер-получатель по какой-либо причине отключается от сети и маркер не может быть доставлен ему. Используя механизм сигнализации (beaconing), компьютер отправляет кадр сигнализации при обнаружении проблемы с сетью. Этот кадр создает сбойный домен (failure domain), который передается другим компьютерам с целью их информирования о проблемном участке. Компьютеры и устройства в рамках сбойного домена попытаются перенастроиться, чтобы попытаться обойти проблемный участок. На рисунке 5-21 показана сеть Token Ring с физической конфигурацией «звезда».

Вопрос: В чем заключается различие между Ethernet, Token Ring и FDDI?
Ответ: Все это технологии канального уровня. Реально, канальный уровень состоит из подуровня MAC и подуровня LLC. Эти технологии работают на подуровне MAC и используют интерфейс для взаимодействия с подуровнем LLC. Эти технологии LAN отличаются тем, как они взаимодействуют со стеком протоколов, а также предоставляемой ими функциональностью.

Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface), разработанная ANSI (American National Standards Institute) – это высокоскоростная технология доступа к среде, использующая передачу маркера. FDDI имеет скорость передачи данных до 100 Мбит/с и, как правило, применяется в качестве магистральной сети с использованием волоконно-оптических кабелей. FDDI обеспечивает отказоустойчивость путем создания второго кольца, вращающегося в обратную сторону. В основном кольце данные «крутятся» по часовой стрелке, именно это кольцо обычно используется для передачи данных. Во втором кольце данные «крутятся» против часовой стрелки, оно используется только тогда, когда основное кольцо не работает. Датчики следят за функционированием основного кольца и, если оно перестает работать, они переключают передачу данных на второе кольцо, задействуя для этого механизм восстановления целостности кольцевой сети (ring wrap). Каждый узел в сети FDDI имеет ретранслятор (relay), подключенный к обоим кольцам, поэтому в случае разрыва в кольце, оба кольца могут быть соединены.

FDDI обычно используется как магистральная сеть, объединяющая несколько различных сетей, как показано на рисунке 5-22.

До появления на рынке Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, именно FDDI чаще всего использовалась в магистральных сетях. Поскольку FDDI может использоваться на расстояниях до 100 километров, эта технология часто используется для сетей MAN (metropolitan area networks). Преимущество техглогии FDDI заключается в том, что она может работать на больших расстояниях с высокими скоростями и с минимальным помехами. Это позволяет нескольким маркерам одновременно находиться в кольце, что дает возможность одновременно передавать по сети несколько сообщений, а также обеспечивает предсказуемые задержки, что помогает соединенным сетям и устройствам знать, чего ожидать и когда.

Технология CDDI (Copper Distributed Data Interface), являющаяся разновидностью FDDI, может работать на витой паре (UTP). CDDI может использоваться в рамках LAN для соединения сетевых сегментов, тогда как FDDI предпочтительнее использовать в MAN.

ПРИМЕЧАНИЕ. FDDI-2 обеспечивает фиксированную полосу пропускания, которая может быть выделена для конкретных приложений. Это делает ее работу похожей на широкополосную связь, которая позволяет по одной линии передавать голос, видео и данные.

Таблица 5-4 резюмирует наиболее важные характеристики технологий, описанных в предыдущих разделах.

Источник

Основы компьютерных сетей. Тема №1. Основные сетевые термины и сетевые модели

Всем привет. На днях возникла идея написать статьи про основы компьютерных сетей, разобрать работу самых важных протоколов и как строятся сети простым языком. Заинтересовавшихся приглашаю под кат.

Немного оффтопа: Приблизительно месяц назад сдал экзамен CCNA (на 980/1000 баллов) и осталось много материала за год моей подготовки и обучения. Учился я сначала в академии Cisco около 7 месяцев, а оставшееся время вел конспекты по всем темам, которые были мною изучены. Также консультировал многих ребят в области сетевых технологий и заметил, что многие наступают на одни и те же грабли, в виде пробелов по каким-то ключевым темам. На днях пару ребят попросили меня объяснить, что такое сети и как с ними работать. В связи с этим решил максимально подробно и простым языком описать самые ключевые и важные вещи. Статьи будут полезны новичкам, которые только встали на путь изучения. Но, возможно, и бывалые сисадмины подчеркнут из этого что-то полезное. Так как я буду идти по программе CCNA, это будет очень полезно тем людям, которые готовятся к сдаче. Можете держать статьи в виде шпаргалок и периодически их просматривать. Я во время обучения делал конспекты по книгам и периодически читал их, чтобы освежать знания.

Вообще хочу дать всем начинающим совет. Моей первой серьезной книгой, была книга Олиферов «Компьютерные сети». И мне было очень тяжело читать ее. Не скажу, что все было тяжело. Но моменты, где детально разбиралось, как работает MPLS или Ethernet операторского класса, вводило в ступор. Я читал одну главу по несколько часов и все равно многое оставалось загадкой. Если вы понимаете, что какие то термины никак не хотят лезть в голову, пропустите их и читайте дальше, но ни в коем случае не отбрасывайте книгу полностью. Это не роман или эпос, где важно читать по главам, чтобы понять сюжет. Пройдет время и то, что раньше было непонятным, в итоге станет ясно. Здесь прокачивается «книжный скилл». Каждая следующая книга, читается легче предыдущей книги. К примеру, после прочтения Олиферов «Компьютерные сети», читать Таненбаума «Компьютерные сети» легче в несколько раз и наоборот. Потому что новых понятий встречается меньше. Поэтому мой совет: не бойтесь читать книги. Ваши усилия в будущем принесут плоды. Заканчиваю разглагольствование и приступаю к написанию статьи.

P.S. Возможно, со временем список дополнится.

Итак, начнем с основных сетевых терминов.

Что такое сеть? Это совокупность устройств и систем, которые подключены друг к другу (логически или физически) и общающихся между собой. Сюда можно отнести сервера, компьютеры, телефоны, маршрутизаторы и так далее. Размер этой сети может достигать размера Интернета, а может состоять всего из двух устройств, соединенных между собой кабелем. Чтобы не было каши, разделим компоненты сети на группы:

1) Оконечные узлы: Устройства, которые передают и/или принимают какие-либо данные. Это могут быть компьютеры, телефоны, сервера, какие-то терминалы или тонкие клиенты, телевизоры.

2) Промежуточные устройства: Это устройства, которые соединяют оконечные узлы между собой. Сюда можно отнести коммутаторы, концентраторы, модемы, маршрутизаторы, точки доступа Wi-Fi.

3) Сетевые среды: Это те среды, в которых происходит непосредственная передача данных. Сюда относятся кабели, сетевые карточки, различного рода коннекторы, воздушная среда передачи. Если это медный кабель, то передача данных осуществляется при помощи электрических сигналов. У оптоволоконных кабелей, при помощи световых импульсов. Ну и у беспроводных устройств, при помощи радиоволн.

Посмотрим все это на картинке:

На данный момент надо просто понимать отличие. Детальные отличия будут разобраны позже.

Теперь, на мой взгляд, главный вопрос: Для чего мы используем сети? Ответов на этот вопрос много, но я освещу самые популярные, которые используются в повседневной жизни:

1) Приложения: При помощи приложений отправляем разные данные между устройствами, открываем доступ к общим ресурсам. Это могут быть как консольные приложения, так и приложения с графическим интерфейсом.

2) Сетевые ресурсы: Это сетевые принтеры, которыми, к примеру, пользуются в офисе или сетевые камеры, которые просматривает охрана, находясь в удаленной местности.

3) Хранилище: Используя сервер или рабочую станцию, подключенную к сети, создается хранилище доступное для других. Многие люди выкладывают туда свои файлы, видео, картинки и открывают общий доступ к ним для других пользователей. Пример, который на ходу приходит в голову, — это google диск, яндекс диск и тому подобные сервисы.

4) Резервное копирование: Часто, в крупных компаниях, используют центральный сервер, куда все компьютеры копируют важные файлы для резервной копии. Это нужно для последующего восстановления данных, если оригинал удалился или повредился. Методов копирования огромное количество: с предварительным сжатием, кодированием и так далее.

5) VoIP: Телефония, работающая по протоколу IP. Применяется она сейчас повсеместно, так как проще, дешевле традиционной телефонии и с каждым годом вытесняет ее.

Из всего списка, чаще всего многие работали именно с приложениями. Поэтому разберем их более подробно. Я старательно буду выбирать только те приложения, которые как-то связаны с сетью. Поэтому приложения типа калькулятора или блокнота, во внимание не беру.

1) Загрузчики. Это файловые менеджеры, работающие по протоколу FTP, TFTP. Банальный пример — это скачивание фильма, музыки, картинок с файлообменников или иных источников. К этой категории еще можно отнести резервное копирование, которое автоматически делает сервер каждую ночь. То есть это встроенные или сторонние программы и утилиты, которые выполняют копирование и скачивание. Данный вид приложений не требует прямого человеческого вмешательства. Достаточно указать место, куда сохранить и скачивание само начнется и закончится.

Скорость скачивания зависит от пропускной способности. Для данного типа приложений это не совсем критично. Если, например, файл будет скачиваться не минуту, а 10, то тут только вопрос времени, и на целостности файла это никак не скажется. Сложности могут возникнуть только когда нам надо за пару часов сделать резервную копию системы, а из-за плохого канала и, соответственно, низкой пропускной способности, это занимает несколько дней. Ниже приведены описания самых популярных протоколов данной группы:

FTP- это стандартный протокол передачи данных с установлением соединения. Работает по протоколу TCP (этот протокол в дальнейшем будет подробно рассмотрен). Стандартный номер порта 21. Чаще всего используется для загрузки сайта на веб-хостинг и выгрузки его. Самым популярным приложением, работающим по этому протоколу — это Filezilla. Вот так выглядит само приложение:

TFTP- это упрощенная версия протокола FTP, которая работает без установления соединения, по протоколу UDP. Применяется для загрузки образа бездисковыми рабочими станциями. Особенно широко используется устройствами Cisco для той же загрузки образа и резервных копий.

Интерактивные приложения. Приложения, позволяющие осуществить интерактивный обмен. Например, модель «человек-человек». Когда два человека, при помощи интерактивных приложений, общаются между собой или ведут общую работу. Сюда относится: ICQ, электронная почта, форум, на котором несколько экспертов помогают людям в решении вопросов. Или модель «человек-машина». Когда человек общается непосредственно с компьютером. Это может быть удаленная настройка базы, конфигурация сетевого устройства. Здесь, в отличие от загрузчиков, важно постоянное вмешательство человека. То есть, как минимум, один человек выступает инициатором. Пропускная способность уже более чувствительна к задержкам, чем приложения-загрузчики. Например, при удаленной конфигурации сетевого устройства, будет тяжело его настраивать, если отклик от команды будет в 30 секунд.

Приложения в реальном времени. Приложения, позволяющие передавать информацию в реальном времени. Как раз к этой группе относится IP-телефония, системы потокового вещания, видеоконференции. Самые чувствительные к задержкам и пропускной способности приложения. Представьте, что вы разговариваете по телефону и то, что вы говорите, собеседник услышит через 2 секунды и наоборот, вы от собеседника с таким же интервалом. Такое общение еще и приведет к тому, что голоса будут пропадать и разговор будет трудноразличимым, а в видеоконференция превратится в кашу. В среднем, задержка не должна превышать 300 мс. К данной категории можно отнести Skype, Lync, Viber (когда совершаем звонок).

Теперь поговорим о такой важной вещи, как топология. Она делится на 2 большие категории: физическая и логическая. Очень важно понимать их разницу. Итак, физическая топология — это как наша сеть выглядит. Где находятся узлы, какие сетевые промежуточные устройства используются и где они стоят, какие сетевые кабели используются, как они протянуты и в какой порт воткнуты. Логическая топология — это каким путем будут идти пакеты в нашей физической топологии. То есть физическая — это как мы расположили устройства, а логическая — это через какие устройства будут проходить пакеты.

Теперь посмотрим и разберем виды топологии:

1) Топология с общей шиной (англ. Bus Topology)

Одна из первых физических топологий. Суть состояла в том, что к одному длинному кабелю подсоединяли все устройства и организовывали локальную сеть. На концах кабеля требовались терминаторы. Как правило — это было сопротивление на 50 Ом, которое использовалось для того, чтобы сигнал не отражался в кабеле. Преимущество ее было только в простоте установки. С точки зрения работоспособности была крайне не устойчивой. Если где-то в кабеле происходил разрыв, то вся сеть оставалась парализованной, до замены кабеля.

2) Кольцевая топология (англ. Ring Topology)

В данной топологии каждое устройство подключается к 2-ум соседним. Создавая, таким образом, кольцо. Здесь логика такова, что с одного конца компьютер только принимает, а с другого только отправляет. То есть, получается передача по кольцу и следующий компьютер играет роль ретранслятора сигнала. За счет этого нужда в терминаторах отпала. Соответственно, если где-то кабель повреждался, кольцо размыкалось и сеть становилась не работоспособной. Для повышения отказоустойчивости, применяют двойное кольцо, то есть в каждое устройство приходит два кабеля, а не один. Соответственно, при отказе одного кабеля, остается работать резервный.

3) Топология звезда (англ. Star Topology)

Все устройства подключаются к центральному узлу, который уже является ретранслятором. В наше время данная модель используется в локальных сетях, когда к одному коммутатору подключаются несколько устройств, и он является посредником в передаче. Здесь отказоустойчивость значительно выше, чем в предыдущих двух. При обрыве, какого либо кабеля, выпадает из сети только одно устройство. Все остальные продолжают спокойно работать. Однако если откажет центральное звено, сеть станет неработоспособной.

4)Полносвязная топология (англ. Full-Mesh Topology)

Все устройства связаны напрямую друг с другом. То есть с каждого на каждый. Данная модель является, пожалуй, самой отказоустойчивой, так как не зависит от других. Но строить сети на такой модели сложно и дорого. Так как в сети, в которой минимум 1000 компьютеров, придется подключать 1000 кабелей на каждый компьютер.

5)Неполносвязная топология (англ. Partial-Mesh Topology)

Как правило, вариантов ее несколько. Она похожа по строению на полносвязную топологию. Однако соединение построено не с каждого на каждый, а через дополнительные узлы. То есть узел A, связан напрямую только с узлом B, а узел B связан и с узлом A, и с узлом C. Так вот, чтобы узлу A отправить сообщение узлу C, ему надо отправить сначала узлу B, а узел B в свою очередь отправит это сообщение узлу C. В принципе по этой топологии работают маршрутизаторы. Приведу пример из домашней сети. Когда вы из дома выходите в Интернет, у вас нет прямого кабеля до всех узлов, и вы отправляете данные своему провайдеру, а он уже знает куда эти данные нужно отправить.

6) Смешанная топология (англ. Hybrid Topology)

Самая популярная топология, которая объединила все топологии выше в себя. Представляет собой древовидную структуру, которая объединяет все топологии. Одна из самых отказоустойчивых топологий, так как если у двух площадок произойдет обрыв, то парализована будет связь только между ними, а все остальные объединенные площадки будут работать безотказно. На сегодняшний день, данная топология используется во всех средних и крупных компаниях.

И последнее, что осталось разобрать — это сетевые модели. На этапе зарождения компьютеров, у сетей не было единых стандартов. Каждый вендор использовал свои проприетарные решения, которые не работали с технологиями других вендоров. Конечно, оставлять так было нельзя и нужно было придумывать общее решение. Эту задачу взвалила на себя международная организация по стандартизации (ISO — International Organization for Standartization). Они изучали многие, применяемые на то время, модели и в результате придумали модель OSI, релиз которой состоялся в 1984 году. Проблема ее была только в том, что ее разрабатывали около 7 лет. Пока специалисты спорили, как ее лучше сделать, другие модели модернизировались и набирали обороты. В настоящее время модель OSI не используют. Она применяется только в качестве обучения сетям. Мое личное мнение, что модель OSI должен знать каждый уважающий себя админ как таблицу умножения. Хоть ее и не применяют в том виде, в каком она есть, принципы работы у всех моделей схожи с ней.

Состоит она из 7 уровней и каждый уровень выполняет определенную ему роль и задачи. Разберем, что делает каждый уровень снизу вверх:

1) Физический уровень (Physical Layer): определяет метод передачи данных, какая среда используется (передача электрических сигналов, световых импульсов или радиоэфир), уровень напряжения, метод кодирования двоичных сигналов.

2) Канальный уровень (Data Link Layer): он берет на себя задачу адресации в пределах локальной сети, обнаруживает ошибки, проверяет целостность данных. Если слышали про MAC-адреса и протокол «Ethernet», то они располагаются на этом уровне.

3) Сетевой уровень (Network Layer): этот уровень берет на себя объединения участков сети и выбор оптимального пути (т.е. маршрутизация). Каждое сетевое устройство должно иметь уникальный сетевой адрес в сети. Думаю, многие слышали про протоколы IPv4 и IPv6. Эти протоколы работают на данном уровне.

4) Транспортный уровень (Transport Layer): Этот уровень берет на себя функцию транспорта. К примеру, когда вы скачиваете файл с Интернета, файл в виде сегментов отправляется на Ваш компьютер. Также здесь вводятся понятия портов, которые нужны для указания назначения к конкретной службе. На этом уровне работают протоколы TCP (с установлением соединения) и UDP (без установления соединения).

5) Сеансовый уровень (Session Layer): Роль этого уровня в установлении, управлении и разрыве соединения между двумя хостами. К примеру, когда открываете страницу на веб-сервере, то Вы не единственный посетитель на нем. И вот для того, чтобы поддерживать сеансы со всеми пользователями, нужен сеансовый уровень.

6) Уровень представления (Presentation Layer): Он структурирует информацию в читабельный вид для прикладного уровня. Например, многие компьютеры используют таблицу кодировки ASCII для вывода текстовой информации или формат jpeg для вывода графического изображения.

7) Прикладной уровень (Application Layer): Наверное, это самый понятный для всех уровень. Как раз на этом уроне работают привычные для нас приложения — e-mail, браузеры по протоколу HTTP, FTP и остальное.

Самое главное помнить, что нельзя перескакивать с уровня на уровень (Например, с прикладного на канальный, или с физического на транспортный). Весь путь должен проходить строго с верхнего на нижний и с нижнего на верхний. Такие процессы получили название инкапсуляция (с верхнего на нижний) и деинкапсуляция (с нижнего на верхний). Также стоит упомянуть, что на каждом уровне передаваемая информация называется по-разному.

На прикладном, представления и сеансовым уровнях, передаваемая информация обозначается как PDU (Protocol Data Units). На русском еще называют блоки данных, хотя в моем круге их называют просто данные).

Информацию транспортного уровня называют сегментами. Хотя понятие сегменты, применимо только для протокола TCP. Для протокола UDP используется понятие — датаграмма. Но, как правило, на это различие закрывают глаза.
На сетевом уровне называют IP пакеты или просто пакеты.

И на канальном уровне — кадры. С одной стороны это все терминология и она не играет важной роли в том, как вы будете называть передаваемые данные, но для экзамена эти понятия лучше знать. Итак, приведу свой любимый пример, который помог мне, в мое время, разобраться с процессом инкапсуляции и деинкапусуляции:

1) Представим ситуацию, что вы сидите у себя дома за компьютером, а в соседней комнате у вас свой локальный веб-сервер. И вот вам понадобилось скачать файл с него. Вы набираете адрес страницы вашего сайта. Сейчас вы используете протокол HTTP, которые работает на прикладном уровне. Данные упаковываются и спускаются на уровень ниже.

2) Полученные данные прибегают на уровень представления. Здесь эти данные структурируются и приводятся в формат, который сможет быть прочитан на сервере. Запаковывается и спускается ниже.

3) На этом уровне создается сессия между компьютером и сервером.

4) Так как это веб сервер и требуется надежное установление соединения и контроль за принятыми данными, используется протокол TCP. Здесь мы указываем порт, на который будем стучаться и порт источника, чтобы сервер знал, куда отправлять ответ. Это нужно для того, чтобы сервер понял, что мы хотим попасть на веб-сервер (стандартно — это 80 порт), а не на почтовый сервер. Упаковываем и спускаем дальше.

5) Здесь мы должны указать, на какой адрес отправлять пакет. Соответственно, указываем адрес назначения (пусть адрес сервера будет 192.168.1.2) и адрес источника (адрес компьютера 192.168.1.1). Заворачиваем и спускаем дальше.

6) IP пакет спускается вниз и тут вступает в работу канальный уровень. Он добавляет физические адреса источника и назначения, о которых подробно будет расписано в последующей статье. Так как у нас компьютер и сервер в локальной среде, то адресом источника будет являться MAC-адрес компьютера, а адресом назначения MAC-адрес сервера (если бы компьютер и сервер находились в разных сетях, то адресация работала по-другому). Если на верхних уровнях каждый раз добавлялся заголовок, то здесь еще добавляется концевик, который указывает на конец кадра и готовность всех собранных данных к отправке.

7) И уже физический уровень конвертирует полученное в биты и при помощи электрических сигналов (если это витая пара), отправляет на сервер.

Процесс деинкапсуляции аналогичен, но с обратной последовательностью:

1) На физическом уровне принимаются электрические сигналы и конвертируются в понятную битовую последовательность для канального уровня.

2) На канальном уровне проверяется MAC-адрес назначения (ему ли это адресовано). Если да, то проверяется кадр на целостность и отсутствие ошибок, если все прекрасно и данные целы, он передает их вышестоящему уровню.

3) На сетевом уровне проверяется IP адрес назначения. И если он верен, данные поднимаются выше. Не стоит сейчас вдаваться в подробности, почему у нас адресация на канальном и сетевом уровне. Это тема требует особого внимания, и я подробно объясню их различие позже. Главное сейчас понять, как данные упаковываются и распаковываются.

4) На транспортном уровне проверяется порт назначения (не адрес). И по номеру порта, выясняется какому приложению или сервису адресованы данные. У нас это веб-сервер и номер порта — 80.

5) На этом уровне происходит установление сеанса между компьютером и сервером.

6) Уровень представления видит, как все должно быть структурировано и приводит информацию в читабельный вид.

7) И на этом уровне приложения или сервисы понимают, что надо выполнить.

Много было написано про модель OSI. Хотя я постарался быть максимально краток и осветить самое важное. На самом деле про эту модель в Интернете и в книгах написано очень много и подробно, но для новичков и готовящихся к CCNA, этого достаточно. Из вопросов на экзамене по данной модели может быть 2 вопроса. Это правильно расположить уровни и на каком уровне работает определенный протокол.

Как было написано выше, модель OSI в наше время не используется. Пока разрабатывалась эта модель, все большую популярность получал стек протоколов TCP/IP. Он был значительно проще и завоевал быструю популярность.
Вот так этот стек выглядит:

Как видно, он отличается от OSI и даже сменил название некоторых уровней. По сути, принцип у него тот же, что и у OSI. Но только три верхних уровня OSI: прикладной, представления и сеансовый объединены у TCP/IP в один, под названием прикладной. Сетевой уровень сменил название и называется — Интернет. Транспортный остался таким же и с тем же названием. А два нижних уровня OSI: канальный и физический объединены у TCP/IP в один с названием — уровень сетевого доступа. Стек TCP/IP в некоторых источниках обозначают еще как модель DoD (Department of Defence). Как говорит википедия, была разработана Министерством обороны США. Этот вопрос встретился мне на экзамене и до этого я про нее ничего не слышал. Соответственно вопрос: «Как называется сетевой уровень в модели DoD?», ввел меня в ступор. Поэтому знать это полезно.

Было еще несколько сетевых моделей, которые, какое то время держались. Это был стек протоколов IPX/SPX. Использовался с середины 80-х годов и продержался до конца 90-х, где его вытеснила TCP/IP. Был реализован компанией Novell и являлся модернизированной версией стека протоколов Xerox Network Services компании Xerox. Использовался в локальных сетях долгое время. Впервые IPX/SPX я увидел в игре «Казаки». При выборе сетевой игры, там предлагалось несколько стеков на выбор. И хоть выпуск этой игры был, где то в 2001 году, это говорило о том, что IPX/SPX еще встречался в локальных сетях.

Еще один стек, который стоит упомянуть — это AppleTalk. Как ясно из названия, был придуман компанией Apple. Создан был в том же году, в котором состоялся релиз модели OSI, то есть в 1984 году. Продержался он совсем недолго и Apple решила использовать вместо него TCP/IP.

Также хочу подчеркнуть одну важную вещь. Token Ring и FDDI — не сетевые модели! Token Ring — это протокол канального уровня, а FDDI это стандарт передачи данных, который как раз основывается на протоколе Token Ring. Это не самая важная информация, так как эти понятия сейчас не встретишь. Но главное помнить о том, что это не сетевые модели.

Вот и подошла к концу статья по первой теме. Хоть и поверхностно, но было рассмотрено много понятий. Самые ключевые будут разобраны подробнее в следующих статьях. Надеюсь теперь сети перестанут казаться чем то невозможным и страшным, а читать умные книги будет легче). Если я что-то забыл упомянуть, возникли дополнительные вопросы или у кого есть, что дополнить к этой статье, оставляйте комментарии, либо спрашивайте лично. Спасибо за прочтение. Буду готовить следующую тему.

Источник