СОДЕРЖАНИЕ
№ разд.
№ подр.
Наименование раздела и подраздела
Стр.
1
Введение
2
2
Основные программные и аппаратные компоненты сети
2
2.1
Проблемы объединения нескольких компьютеров
3
2.2
Топология физических связей
3
2.3
Организация совместного использования линий связи
5
2.4
Адресация компьютеров
7
3
Структуризация как средство построения больших сетей
9
3.1
Физическая структуризация сети
10
3.2 Логическая структуризация сети
11
4
Модульность и стандартизация
15
5
Стек TCP/IP
16
6
Стек IPX/SPX
18
7
Производительность
18
8
Стандарт 10Bаse-T
20
9
Физический уровень 100Base-T4 — витая пара UTP Cat 3, четыре пары
23
10
Концентраторы
24
10.1
Основные и дополнительные функции концентраторов
24
11
Техническое обеспечение проекта
27
12
Помещение
27
1 Введение
Внастоящее время большую популярность среди молодежи приобрели компьютерныеклубы. Задача компьютерного клуба как вида бизнеса, так же, как и любогодругого – это прежде всего получение прибыли. Поэтому первоочередная задачапредпринимателя при открытии собственного клуба – окупить свои расходы вмаксимально короткий срок и добиться стабильности и рентабельности предприятияв дальнейшем. Все остальные задачи являются только ступенями в лестницедостижения первоочередной цели.
На основе сегодняшнего спроса можносформировать будущие перспективы развития компьютерных клубов. Компьютерныйклуб сегодня – это центр организации местной домовой сети с высокоскоростнымдоступом в интернет завтра. Именно поэтому компьютерные клубы считаютсяперспективным направлением предпринимательской деятельности. Более того, вотличие от других отраслей бизнеса, компьютерный клуб – наименее капитало — трудоемкое предприятие. Организовав рабочий процесс один раз, в дальнейшемнеобходимо только его контролировать, а не как, например, в торговле, постоянно заниматься закупками товара,поиском новых поставщиков – т.е. постоянно возвращаться к началу циклическогопроцесса организации бизнеса.
Компьютерныйклуб относится к предприятию потребительского рынка в сфере услуг. Это значит,что деятельность компьютерного клуба характеризуется как предоставление услугнаселению. Основная услуга здесь – предоставление компьютеров и программногообеспечения в аренду отдельным пользователям. В зависимости от целейпользователей (клиентов) характер услуги может незначительно изменяться. Этомогут быть компьютерные игры, получение информации из «всемирной паутины»,отправка электронной почты, общение с другими людьми через интернет в реальномвремени (чат, ICQ, MSNMessenger) и др.
Востребованностькомпьютерных услуг растет с каждым годом, несмотря на то, что у многихпользователей появляются свои собственные домашние компьютеры. Во-первых, длямногих компьютерных игр требуется наличие локальной сети, к которой неподключены компьютеры домашних пользователей. И, во-вторых, распространенностьдомовых сетей с высокоскоростным доступом к сети интернет пока еще очень мала,и даже имея дома подключение по телефонной линии, пользователя интересует болеевысокая скорость подключения, чем по dial-up (>33кбит). Все этоможет обеспечить на современном этапе развития компьютерный клуб.
2 Основные программные и аппаратные компоненты сети
Даже в результате достаточноповерхностного рассмотрения работы в сети становится ясно, что вычислительнаясеть — это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующихпрограммных и аппаратных компонентов. Изучение сети в целом предполагает знаниепринципов работы ее отдельных элементов:
· компьютеров;
· коммуникационногооборудования;
· операционныхсистем;
· сетевыхприложений.
Весь комплекс программно-аппаратныхсредств сети может быть описан многослойной моделью. В основе любой сети лежитаппаратный слой стандартизованных компьютерных платформ. Набор компьютеров всети должен соответствовать набору разнообразных задач, решаемых сетью.
Второй слой — это коммуникационноеоборудование. Хотя компьютеры и являются центральными элементами обработкиданных в сетях, в последнее время не менее важную роль стали играть коммуникационныеустройства. Кабельные системы, повторители, мосты, коммутаторы, маршрутизаторыи модульные концентраторы из вспомогательных компонентов сети превратились восновные наряду с компьютерами и системным программным обеспечением как повлиянию на характеристики сети, так и по стоимости. Сегодня коммуникационноеустройство может представлять собой сложный специализированный мультипроцессор,который нужно конфигурировать, оптимизировать и администрировать. Изучениепринципов работы коммуникационного оборудования требует знакомства с большимколичеством протоколов, используемых как в локальных, так и глобальных сетях.
Третьим слоем, образующимпрограммную платформу сети, являются операционные системы (ОС). От того, какиеконцепции управления локальными и распределенными ресурсами положены в основусетевой ОС, зависит эффективность работы всей сети. При проектировании сетиважно учитывать, насколько просто данная операционная система можетвзаимодействовать с другими ОС сети, насколько она обеспечивает безопасность изащищенность данных, до какой степени она позволяет наращивать числопользователей, можно ли перенести ее на компьютер другого типа и многие другиесоображения.
Самым верхним слоем сетевых средствявляются различные сетевые приложения, такие как сетевые базы данных, почтовыесистемы, средства архивирования данных, системы автоматизации коллективнойработы и др. Очень важно представлять диапазон возможностей, предоставляемыхприложениями для различных областей применения, а также знать, насколько онисовместимы с другими сетевыми приложениями и операционными системами.2.1Проблемы объединения нескольких компьютеров
При объединении в сеть большегочисла компьютеров возникает целый комплекс новых проблем.2.2Топология физических связей
В первую очередь необходимо выбратьспособ организации физических связей, то есть топологию. Под топологиейвычислительной сети понимается конфигурация графа, вершинам которогосоответствуют компьютеры сети (иногда и другое оборудование, напримерконцентраторы), а ребрам — физические связи между ними. Компьютеры,подключенные к сети, часто называют станциями или узлами сети.
Заметим, что конфигурация физическихсвязей определяется электрическими соединениями компьютеров между собой иможет отличаться от конфигурации логических связей между узлами сети.Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сетии образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.
Выбор топологии электрических связейсущественно влияет на многие характеристики сети. Например, наличие резервныхсвязей повышает надежность сети и делает возможным балансирование загрузкиотдельных каналов. Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторымтопологиям, делает сеть легко расширяемой. Экономические соображения частоприводят к выбору топологий, для которых характерна минимальная суммарная длиналиний связи. Рассмотрим некоторые, наиболее часто встречающиеся топологии.
Полносвязная топология рисунок (рис. 1, а)соответствует сети, в которой каждый компьютер сети связан со всеми остальными.Несмотря на логическую простоту, этот вариант оказывается громоздким инеэффективным. Действительно, каждый компьютер в сети должен иметь большоеколичество коммуникационных портов, достаточное для связи с каждым из остальныхкомпьютеров сети. Для каждой пары компьютеров должна быть выделена отдельнаяэлектрическая линия связи. Полносвязные топологии применяются редко, так как неудовлетворяют ни одному из приведенных выше требований. Чаще этот вид топологиииспользуется в многомашинных комплексах или глобальных сетях при небольшомколичестве компьютеров.
Все другие варианты основаны нанеполносвязных топологиях, когда для обмена данными между двумя компьютерамиможет потребоваться промежуточная передача данных через другие узлы сети.
Ячеистаятопология (mesh) получается из полносвязнойпутем удаления некоторых возможных связей рисунок (рис. 1, б). В сети сячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, междукоторыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными междукомпьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачичерез промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большогоколичества компьютеров и характерна, как правило, для глобальных сетей.
Общая шина рисунок (рис. 1, в) является очень распространенной (а донедавнего времени самой распространенной) топологией для локальных сетей. Вэтом случае компьютеры подключаются к одному коаксиальному кабелю по схеме«монтажного ИЛИ». Передаваемая информация может распространяться в обе стороны.Применение общей шины снижает стоимость проводки, унифицирует подключениеразличных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенногошироковещательного обращения ко всем станциям сети. Таким образом, основнымипреимуществами такой схемы являются дешевизна и простота разводки кабеля попомещениям. Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкойнадежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемовполностью парализует всю сеть. К сожалению, дефект коаксиального разъемаредкостью не является. Другим недостатком общей шины является ее невысокаяпроизводительность, так как при таком способе подключения в каждый моментвремени только один компьютер может передавать данные в сеть. Поэтомупропускная способность канала связи всегда делится здесь между всеми узламисети.
Топология звезда рисунок(рис. 1, г). В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем кобщему устройству, называемому концентратором, который находится вцентре сети. В функции концентратора входит направление передаваемойкомпьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. Главноепреимущество этой топологии перед общей шиной — существенно большая надежность.Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этоткабель присоединен, и только неисправность концентратора может вывести из строявсю сеть. Кроме того, концентратор может играть роль интеллектуального фильтраинформации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокироватьзапрещенные администратором передачи.
К недостаткам топологии типа звездаотносится более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимостиприобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количестваузлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора. Иногда имеетсмысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархическисоединенных между собой связями типа звезда рисунок (рис. 1, д). В настоящеевремя иерархическая звезда является самым распространенным типом топологиисвязей как в локальных, так и глобальных сетях.
В сетях с кольцевойконфигурацией рисунок (рис. 1.10, е) данные передаются по кольцу от одногокомпьютера к другому, как правило, в одном направлении. Если компьютерраспознает данные как «свои», то он копирует их себе во внутренний буфер. Всети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы вслучае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался каналсвязи между остальными станциями. Кольцо представляет собой очень удобнуюконфигурацию для организации обратной связи — данные, сделав полный оборот,возвращаются к узлу-источнику. Поэтому этот узел может контролировать процессдоставки данных адресату. Часто это свойство кольца используется длятестирования связности сети и поиска узла, работающего некорректно. Для этого всеть посылаются специальные тестовые сообщения.
Рисунок 1Типовые топологии сетей
В то время как небольшие сети, какправило, имеют типовую топологию — звезда, кольцо или общая шина, для крупныхсетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетяхможно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющиетиповую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологиейрисунок (рис. 2.).
Рисунок 2Смешанная топология2.3 Организация совместногоиспользования линий связи
Только в сети с полносвязнойтопологией для соединения каждой пары компьютеров имеется отдельная линиясвязи. Во всех остальных случаях неизбежно возникает вопрос о том, какорганизовать совместное использование линий связи несколькими компьютерамисети. Как и всегда при разделении ресурсов, главной целью здесь являетсяудешевление сети.
В вычислительных сетях используюткак индивидуальные линии связи между компьютерами, так и разделяемые(shared), когда одна линия связи попеременно используется несколькимикомпьютерами. В случае применения разделяемых линий связи (часто используетсятакже термин разделяемая среда передачи данных — shared media) возникаеткомплекс проблем, связанных с их совместным использованием, который включаеткак чисто электрические проблемы обеспечения нужного качества сигналов приподключении к одному и тому же проводу нескольких приемников и передатчиков,так и логические проблемы разделения во времени доступа к этим линиям.
Классическим примером сети сразделяемыми линиями связи являются сети с топологией «общая шина», в которыходин кабель совместно используется всеми компьютерами сети. Ни один изкомпьютеров сети в принципе не может индивидуально, независимо от всех другихкомпьютеров сети, использовать кабель, так как при одновременной передачеданных сразу несколькими узлами сигналы смешиваются и искажаются. В топологиях«кольцо» или «звезда» индивидуальное использование линий связи, соединяющихкомпьютеры, принципиально возможно, но эти кабели часто также рассматривают какразделяемые для всех компьютеров сети, так что, например, только один компьютеркольца имеет право в данный момент времени отправлять по кольцу пакеты другимкомпьютерам.
Существуют различные способы решениязадачи организации совместного доступа к разделяемым линиям связи. Внутрикомпьютера проблемы разделения линий связи между различными модулями такжесуществуют — примером является доступ к системной шине, которым управляет либопроцессор, либо специальный арбитр шины. В сетях организация совместногодоступа к линиям связи имеет свою специфику из-за существенно большего временираспространения сигналов по длинным проводам, к тому же это время для различныхпар компьютеров может быть различным. Из-за этого процедуры согласованиядоступа к линии связи могут занимать слишком большой промежуток времени иприводить к значительным потерям производительности сети.
Несмотря на все эти сложности, влокальных сетях разделяемые линии связи используются очень часто. Этот подход,в частности, реализован в широко распространенных классических технологияхEthernet и Token Ring. Однако в последние годы наметилась тенденция отказа отразделяемых сред передачи данных и в локальных сетях. Это связано с тем, что задостигаемое таким образом удешевление сети приходится расплачиватьсяпроизводительностью.
Сеть с разделяемой средой прибольшом количестве узлов будет работать всегда медленнее, чем аналогичная сетьс индивидуальными линиями связи, так как пропускная способность индивидуальнойлинии связи достается одному компьютеру, а при ее совместном использовании — делится на все компьютеры сети.
Часто с такой потерейпроизводительности мирятся ради увеличения экономической эффективности сети. Нетолько в классических, но и в совсем новых технологиях, разработанных длялокальных сетей, сохраняется режим разделяемых линий связи. Например, разработчикитехнологии Gigabit Ethernet, принятой в 1998 году в качестве нового стандарта,включили режим разделения передающей среды в свои спецификации наряду с режимомработы по индивидуальным линиям связи.
При использовании индивидуальныхлиний связи в полносвязных топологиях конечные узлы должны иметь по одномупорту на каждую линию связи. В звездообразных топологиях конечные узлы могутподключаться индивидуальными линиями связи к специальному устройству — коммутатору. В глобальных сетях коммутаторы использовались уже на начальномэтапе, а в локальных сетях — с начала 90-х годов. Коммутаторы приводят ксущественному удорожанию локальной сети, поэтому пока их применение ограничено,но по мере снижения стоимости коммутации этот подход, возможно, вытеснит применениеразделяемых линий связи. Необходимо подчеркнуть, что индивидуальными в такихсетях являются только линии связи между конечными узлами и коммутаторами сети,а связи между коммутаторами остаются разделяемыми, так как по ним передаютсясообщения разных конечных узлов рисунок (рис. 3).
Рисунок3Индивидуальные и разделяемые линиисвязи в сетях на основе коммутаторов
В глобальных сетях отказ отразделяемых линий связи объясняется техническими причинами. Здесь большиевременные задержки распространения сигналов принципиально ограничиваютприменимость техники разделения линии связи. Компьютеры могут затратить большевремени на переговоры о том, кому сейчас можно использовать линию связи, чемнепосредственно на передачу данных по этой линии связи. Однако это не относитсяк линиям связи типа «коммутатор — коммутатор». В этом случае только двакоммутатора борются за доступ к линии связи, и это существенно упрощает задачуорганизации совместного использования линии.2.4 Адресация компьютеров
Еще одной новой проблемой, которуюнужно учитывать при объединении трех и более компьютеров, является проблема ихадресации. К адресу узла сети и схеме его назначения можно предъявить несколькотребований.
· Адрес долженуникально идентифицировать компьютер в сети любого масштаба.
· Схема назначенияадресов должна сводить к минимуму ручной труд администратора и вероятностьдублирования адресов.
· Адрес должениметь иерархическую структуру, удобную для построения больших сетей. Этупроблему хорошо иллюстрируют международные почтовые адреса, которые позволяютпочтовой службе, организующей доставку писем между странами, пользоватьсятолько названием страны адресата и не учитывать название его города, а темболее улицы. В больших сетях, состоящих из многих тысяч узлов, отсутствиеиерархии адреса может привести к большим издержкам — конечным узлам икоммуникационному оборудованию придется оперировать с таблицами адресов,состоящими из тысяч записей.
· Адрес должен бытьудобен для пользователей сети, а это значит, что он должен иметь символьноепредставление, например: Servers или www.cisco.com.
· Адрес должениметь по возможности компактное представление, чтобы не перегружать памятькоммуникационной аппаратуры — сетевых адаптеров, маршрутизаторов и т. п.
Нетрудно заметить, что этитребования противоречивы — например, адрес, имеющий иерархическую структуру,скорее всего будет менее компактным, чем неиерархический (такой адрес частоназывают «плоским», то есть не имеющим структуры). Символьный же адрес скореевсего потребует больше памяти, чем адрес-число.
Так как все перечисленные требованиятрудно совместить в рамках какой-либо одной схемы адресации, то на практикеобычно используется сразу несколько схем, так что компьютер одновременно имеетнесколько адресов-имен. Каждый адрес используется в той ситуации, когдасоответствующий вид адресации наиболее удобен. А чтобы не возникало путаницы икомпьютер всегда однозначно определялся, своим адресом, используютсяспециальные вспомогательные протоколы, которые по адресу одного типа могутопределить адреса других типов.
Наибольшее распространение получилитри схемы адресации узлов.
· Аппаратные(hardware) адреса. Эти адресапредназначены для сети небольшого или среднего размера, поэтому они не имеютиерархической структуры. Типичным представителем адреса такого типа являетсяадрес сетевого адаптера локальной сети. Такой адрес обычно используется толькоаппаратурой, поэтому его стараются сделать по возможности компактным изаписывают в виде двоичного или шестнадцатеричного значения, например0081005е24а8. При задании аппаратных адресов обычно не требуется выполнениеручной работы, так как они либо встраиваются в аппаратурукомпанией-изготовителем, либо генерируются автоматически при каждом новомзапуске оборудования, причем уникальность адреса в пределах сети обеспечиваетоборудование. Помимо отсутствия иерархии, использование аппаратных адресовсвязано еще с одним недостатком — при замене аппаратуры, например, сетевогоадаптера, изменяется и адрес компьютера. Более того, при установке несколькихсетевых адаптеров у компьютера появляется несколько адресов, что не оченьудобно для пользователей сети.
· Символьные адресаили имена. Эти адреса предназначены длязапоминания людьми и поэтому обычно несут смысловую нагрузку. Символьные адресалегко использовать как в небольших, так и крупных сетях.