Сетевые технологии локальных сетей
В локальных сетях, как правило, используется разделяемая среда передачи данных (моноканал) и основная роль отводится протоколами физического и канального уровней, так как эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей.
Сетевая технология – это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения локальной вычислительной сети . Сетевые технологии называют базовыми технологиями или сетевыми архитектурами локальных сетей.
Сетевая технология или архитектура определяет топологию и метод доступа к среде передачи данных, кабельную систему или среду передачи данных, формат сетевых кадров тип кодирования сигналов, скорость передачи в локальной сети . В современных локальных вычислительных сетях широкое распространение получили такие технологии или сетевые архитектуры, как: Ethernet, Token-Ring, ArcNet, FDDI .
2.4.1. Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.3/Ethernet
В настоящее время эта сетевая технология наиболее популярна в мире. Популярность обеспечивается простыми, надежными и недорогими технологиями. В классической локальной сети Ethernet применяется стандартный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий).
Однако все большее распространение получила версия Ethernet, использующая в качестве среды передачи витые пары, так как монтаж и обслуживание их гораздо проще. В локальных сетях Ethernet применяются топологии типа “шина” и типа “пассивная звезда”, а метод доступа CSMA/CD (методом множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий или конфликтов ).
Стандарт IEEE802.3 в зависимости от типа среды передачи данных имеет модификации:
· 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель) - обеспечивает скорость передачи данных 10 Мбит/с и длину сегмента до 500м;
· 10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель) - обеспечивает скорость передачи данных 10 Мбит/с и длину сегмента до 200м;;
· 10BASE-T (неэкранированная витая пара) - позволяет создавать сеть по звездной топологии. Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м. Общее количество узлов не должно превышать 1024;
· 10BASE-F (оптоволоконный кабель) - позволяет создавать сеть по звездной топологии. Расстояние от концентратора до конечного узла до 2000м.
В развитие сетевой технологии Ethernet созданы высокоскоростные варианты: IEEE802.3u/Fast Ethernet и IEEE802.3z/Gigabit Ethernet. Основная топология, которая используется в локальных сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, пассивная звезда.
Сетевая технология Fast Ethernet обеспечивает скорость передачи 100 Мбит/с и имеет три модификации:
· 100BASE-T4 - используется неэкранированная витая пара (счетверенная витая пара). Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м;
· 100BASE-TX - используются две витые пары (неэкранированная и экранированная). Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м;
· 100BASE-FX - используется оптоволоконный кабель (два волокна в кабеле). Расстояние от концентратора до конечного узла до 2000м;
Сетевая технология локальных сетей Gigabit Ethernet – обеспечивает скорость передачи 1000 Мбит/с. Существуют следующие модификации стандарта:
· 1000BASE-SX – применяется оптоволоконный кабель с длиной волны светового сигнала 850 нм.
· 1000BASE-LX – используется оптоволоконный кабель с длиной волны светового сигнала 1300 нм.
· 1000BASE-CX – используется экранированная витая пара.
· 1000BASE-T – применяется счетверенная неэкранированная витая пара.
Локальные сети Fast Ethernet и Gigabit Ethernet совместимы с локальными сетями, выполненными по технологии (стандарту) Ethernet, поэтому легко и просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в единую вычислительную сеть.
Ethernet , одна самых недорогих и распространенных технологий, становится все более производительной, наделяется необходимыми средствами отказоустойчивости, дифференциации трафика и обеспечения QoS, а потому рассматривается в качестве одной из составляющих сетей связи следующего поколения, особенно городских сетей (MAN) , на базе которой можно создавать эффективные мультисервисные решения.
Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.5/Token-Ring
Сеть Token-Ring предполагает использование разделяемой среды передачи данных, которая образуется объединением всех узлов в кольцо. Сеть Token-Ring имеет звездно-кольцевую топологию (основная кольцевая и звездная дополнительная топология). Для доступа к среде передачи данных используется маркерный метод (детерминированный маркерный метод). Стандарт поддерживает витую пару (экранированную и неэкранированную) и оптоволоконный кабель. Максимальное число узлов на кольце - 260, максимальная длина кольца - 4000 м. Скорость передачи данных до 16 Мбит/с.
Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.4/ArcNet
В качестве топологии локальной сети ArcNet может быть использована “шина” и “пассивная звезда”. Но фактически эта технология предназначена для организации ЛВС в сетевой топологии «звезда».
Основу коммуникационного оборудования составляет:
- коммутатор (switch);
- пассивный/активный концентратор(HUB).
Активные хабы применяются при большом удалении рабочей станции (они восстанавливают форму сигнала и усиливают его). Пассивные хабы используются при незначительном удалении рабочей станции. В сети применяется назначаемый принцип доступа рабочих станций , то есть право на передачу имеет станция, получившая от сервера так называемый программный маркер. То есть реализуется детерминированный сетевой трафик . Поддерживает экранированную и неэкранированную витую пару и оптоволоконный кабель. Локальная сеть ArcNet - это одна из старейших сетей и пользовалась большой популярностью . Среди основных достоинств локальной сети ArcNet можно назвать высокую надежность, низкую стоимость адаптеров и гибкость. Основным недостаткам сети является низкая скорость передачи информации (2,5 Мбит/с). Максимальное количество абонентов - 255. Максимальная длина сети - 6000 метров.
Сетевая технология - это минимальный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения вычислительной сети. Сетевые технологии называют базовыми технологиями. Для обеспечения согласованной работы в сетях передачи данных используются различные коммуникационные протоколы передачи данных - наборы правил, которых должны придерживаться передающая и принимающая стороны для согласованного обмена данными. Протоколы - это наборы правил и процедур, регулирующих порядок осуществления некоторой связи. Протоколы - это правила и технические процедуры, позволяющие нескольким устройствам при объединении в сеть общаться друг с другом.
Существует множество протоколов. И хотя все они участвуют в реализации связи, каждый протокол имеет различные цели, выполняет различные задачи, обладает своими преимуществами и ограничениями.
Протоколы работают на разных уровнях модели взаимодействия открытых систем OSI/ISO. Функции протоколов определяются уровнем, на котором он работает. Несколько протоколов могут работать совместно. Это так называемый стек, или набор, протоколов.
Как сетевые функции распределены по всем уровням модели OSI, так и протоколы совместно работают на различных уровнях стека протоколов. Уровни в стеке протоколов соответствуют уровням модели OSI. В совокупности протоколы дают полную характеристику функций и возможностей стека.
Передача данных по сети, с технической точки зрения, должна состоять из последовательных шагов, каждому из которых соответствуют свои процедуры или протокол. Таким образом, сохраняется строгая очередность в выполнении определенных действий.
Кроме того, все эти действия должны быть выполнены в одной и той же последовательности на каждом сетевом компьютере. На компьютере-отправителе действия выполняются в направлении сверху вниз, а на компьютере-получателе снизу вверх.
Компьютер-отправитель в соответствии с протоколом выполняет следующие действия: разбивает данные на небольшие блоки, называемыми пакетами, с которыми может работать протокол, добавляет к пакетам адресную информацию, чтобы компьютер-получатель мог определить, что эти данные предназначены именно ему, подготавливает данные к передаче через плату сетевого адаптера и далее - по сетевому кабелю.
Компьютер-получатель в соответствии с протоколом выполняет те же действия, но только в обратном порядке: принимает пакеты данных из сетевого кабеля; через плату сетевого адаптера передает данные в компьютер; удаляет из пакета всю служебную информацию, добавленную компьютером-отправителем, копирует данные из пакета в буфер - для их объединения в исходный блок, передает приложению этот блок данных в формате, который оно использует.
И компьютеру-отправителю, и компьютеру-получателю необходимо выполнить каждое действие одинаковым способом, с тем чтобы пришедшие по сети данные совпадали с отправленными.
Если, например, два протокола будут по-разному разбивать данные на пакеты и добавлять информацию (о последовательности пакетов, синхронизации и для проверки ошибок), тогда компьютер, использующий один из этих протоколов, не сможет успешно связаться с компьютером, на котором работает другой протокол.
До середины 80-ых большинство локальных сетей были изолированными. Они обслуживали отдельные компании и редко объединялись в крупные системы. Однако, когда локальные сети достигли высокого уровня развития и объем передаваемой ими информации возрос, они стали компонентами больших сетей. Данные, передаваемые из одной локальной сети в другую по одному из возможных маршрутов, называются маршрутизированными. Протоколы, которые поддерживают передачу данных между сетями по нескольким маршрутам, называются маршрутизируемыми протоколами.
Среди множества протоколов наиболее распространены следующие:
IPX/SPX и NWLmk;
Набор протоколов OSI.
Wi-Fi - технология беспроводной связи. Название это расшифровывается как Wireless Fidelity (с англ. - беспроводная точность). Предназначена для доступа на коротких дистанциях и, в то же время, на достаточно больших скоростях. Существует три модификации этого стандарта - IEEE 802.11a, b и g, их отличие друг от друга в скорости передачи данных и расстоянии на которое они могут передавать данные. Максимальная скорость работы 11/ 54/ 320 Мбит/c соответственно, а расстояние передачи порядка 100 метров. Технология удобна тем, что не требует больших усилий объединения компьютеров в сеть, позволяет избежать неудобств возникающих при прокладке кабеля. В настоящее время услугами можно воспользоваться в кафе, аэропортах, парках и др.
USB сеть. Предназначена в основном для пользователей ноутбуков, т.к. при отсутствии сетевой карты в ноутбуке она может обойтись довольно дорого. Удобство в том, что сеть может быть создана без использования сетевых карт и концентраторов, универсальность, возможность подключать любое устройство. Скорость передачи данных 5-7 Мбит/с.
Локальная сеть через электрические провода. 220В. Электрические сети не идут ни в какое сравнение с локальными и глобальными сетями. Электрическая розетка есть в каждой квартире, в каждой комнате. По дому можно протянуть десятки метров кабелей, соединив между собой все компьютеры, принтеры и прочие сетевые устройства. Но тогда каждый компьютер станет «рабочим местом», стационарно расположенным в помещении. Перенести его - значит переложить сетевой кабель. Можно установить дома беспроводную сеть IEEE 802.11b, но могут возникнуть проблемы с проникновением сигнала через стены и перекрытия, к тому же это лишнее излучение, которого в современной жизни итак хватает. А есть и иной способ - использовать уже существующие электрические провода и розетки, установленные в стенах. Единственное, что для этого потребуется - соответствующие адаптеры. Скорость сетевого подключения через электрические провода составляет 14 Мбит/с. Дальность действия - примерно 500 метров. Но стоит учитывать, что распределительная сеть - трёхфазная, а к домам подводится по одной фазе и нулю, равномерно нагружая каждую из фаз. Так что, если один пользователь подключен к одной фазе, а второй - к другой, то воспользоваться подобной системой не удастся.
Тема Сетевые информационные технологии
Лекция 2 Локальные компьютерные сети
Сетевые операционные системы
Основные технологии и оборудование локальных сетей
На первых порах основной сетевой услугой, ради которой создавались локальные сети (ЛС), был доступ к дефицитным или дорогостоящим ресурсам: быстродействующему принтеру, дисководу повышенной емкости и т.п. В дальнейшем виды сетевого сервиса становились все более разнообразными.
Локальные компьютерные сети объединяют относительно небольшое число компьютеров (обычно от 10 до 100, хотя изредка встречаются и гораздо большие) в пределах одного помещения (учебный компьютерный класс), здания или учреждения (например, университета). Традиционное название - локальная вычислительная сеть (ЛВС), которое часто встречается в специальной литературе - скорее дань тем временам, когда сети в основном использовались для решения вычислительных задач; сегодня же в 99% случаев речь идет исключительно об обмене информацией в виде текстов, графических и видео-образов, числовых массивов.
Полезность локальных сетей объясняется тем, что от 60% до 90% необходимой учреждению информации циркулирует внутри него, не нуждаясь в выходе наружу, и только некоторая часть связана с внешними взаимодействиями.
Как типичная компьютерная сеть, локальная сеть включает :
несколько ПЭВМ, снабженных сетевым адаптером, или сетевой картой;
сетевое программное обеспечение;
среду передачи, объединяющую указанные узлы.
Среда передачи – это физический канал обмена данными в сети. Она однозначно определяется видом носителя информации: электрический или электромагнитный сигнал. Каждая среда имеет свои преимущества и недостатки
Локальные сети могут иметь любую структуру, но чаще всего компьютеры в локальной сети связаны единым высокоскоростным каналом передачи данных. Это главная отличительная особенность локальных сетей. Существуют проводные и беспроводные (радио) каналы. Каждый из них характеризуется определенными значениями существенных с точки зрения организации локальной сети параметров:
Скорости передачи данных
Максимальной длины линии
Помехозащищенности
Механической прочности
Удобства и простоты монтажа
Стоимости.
В качестве канала передачи данных в виде электрического сигнала обычно применяют 4 типа сетевых кабелей: коаксиальный кабель, незащищенная витая пара, защищенная витая пара и волоконно-оптический кабель (оптическое волокно, оптоволоконный кабель). Первые три типа кабелей передают электрический сигнал по медным проводникам. В волоконно-оптическом кабеле световод сделан из кварцевого стекла толщиной в человеческий волос. Это наиболее высокоскоростной, надежный, но и дорогостоящий кабель. Большинство сетей допускает несколько вариантов кабельных соединений. Каналы в локальных сетях являются собственностью организаций, и это упрощает их эксплуатацию.
Таким образом, чтобы подключить компьютер к ЛКС, он должен иметь сетевой адаптер (сетевую карту), который вставляется в свободный слот расширения либо интегрирован на материнскую плату и содержит специальный разъем для подключения сетевого кабеля.
Для ЛКС в настоящее время используются следующие физические среды передачи информации:
тонкий коаксиальный кабель (рис. 1) - самая дешевая, но низкоскоростная среда; максимальное расстояние между компьютерами - до 150 м;
Толстый коаксиальный кабель (рис. 2) - более дорогая среда по сравнению с тонким кабелем; максимальное расстояние между компьютерами - до 500 м;
Витая пара (рис. 3) - еще более скоростная и дорогая среда, требует наличия специальных соединителей - концентраторов, или хабов (hub); максимальное расстояние от компьютера до ближайшего концентратора - до 100 м;
Оптоволоконный кабель (рис. 4) - самый дорогой вариант, обычно используется для соединения мощных компьютеров; максимальное расстояние - до 2 км;
Беспроводное соединение, Wi-Fi (рис. 5) - использует воздушный радиоканал; это удобно, так как не требуется прокладки проводов, но дороже, чем проводные соединения.
Для удобства представим сравнительные характеристики различных видов соединений в ЛКС в форме таблицы.
Помимо основного оборудования, в локальных сетях используют также дополнительные устройства , которые повышают работоспособность сети. К ним относятся:
- Повторители (репитеры)
- Концентраторы (хабы)
- Коммутаторы (свитчи)
Повторители - физические устройства, которые используют для соединения сегментов сети. Они получают сигнал от одного сегмента, усиливают его и передают другим сегментам. Их используют при наличии большого числа компонентов сети и наличии длинных кабелей.
Концентраторы - специальный прибор, к которому подсоединяют компьютеры. Он имеет несколько (четное число) портов (гнезд) для подключения сетевых кабелей. Кабели служат для подсоединения концентратора к компьютеру. В качестве кабеля обычно используют витую пару, на концах кабеля устанавливают соединители. Соединитель на одном конце вставляется в разъем компьютера, а на другом - в разъем концентратора.
Схематически сеть с концентратором выглядит следующим образом:
Для подсоединения в сеть до 30 компьютеров достаточно одного концентратора. Однако при увеличении числа компьютеров целесообразно использовать несколько концентраторов. Так, например, каждое подразделение предприятия может иметь свой концентратор. Эти концентраторы соединяются с главным концентратором предприятия. Схематически такую сеть можно представить следующим образом:
Концентратор передает поступающие к нему сообщения по всем направлениям, кроме того, по которому они пришли. Так как пропускная способность сети ограничена, то при большой загрузке она снижается из-за частых конфликтов при одновременных попытках передачи данных в сеть. Для устранения этих недостатков вместо концентратора используют коммутаторы.
Коммутатор - устройство, выполняющее функции концентратора, но в отличие от него передает сообщение только по тому направлению, по которому находится получатель. Т.е. коммутатор разбивает сеть на несколько сегментов, не пропуская в каждый сегмент не относящееся к нему сообщение. Коммутаторы стоят значительно дороже концентраторов, поэтому часто к коммутатору подсоединяют не отдельные коммутаторы, а концентраторы подразделений предприятия. Схематически сеть с коммутатором можно представить:
Для передачи данных в виде электромагнитного сигнала используют инфракрасные (ИК) и радиочастотные (РЧ) волны. Такие системы не следует рассматривать в качестве удачной замены обычной локальной проводной сети. Беспроводные решения (доступные прежде исключительно военным) эффективны в том случае, если прокладка кабелей затруднена или вообще невозможна (носимые, бортовые или возимые компьютеры). Свобода перемещения узлов сети в пространстве – пока единственное очевидное преимущество беспроводного метода связи. Большинство производителей беспроводных сетей предпочитают использовать РЧ-связь. Для радиоволн стены не являются преградой, с их помощью обеспечивается устойчивая связь на достаточно больших расстояниях. При внедрении РЧ-технологии следует помнить, что неграмотное расположение приемопередающих узлов в пространстве может привести к образованию так называемых мертвых зон – участков, не пригодных для радиообмена. В нашей стране распределение диапазонов между гражданскими и военными организациями совершенно иное чем в США, и перед приобретением оборудования необходимо уточнить, имеется ли на то разрешение Госинспекции электросвязи.
Метод передачи ИК-сигнала широко применяется в бытовой технике, но до недавнего времени практически не использовался в компьютерных сетях. Виной тому низкая проникающая способность ИК-излучений: связь возможна только в пределах прямой видимости. Оборудование на основе ИК-связи намного дешевле радиочастотного при одинаковой пропускной способности и не подвержено влиянию радиопомех.
Стоимость беспроводных систем выше, чем проводной сети. Но, если учесть, что радиосистемы не требуют прокладки кабеля и позволяют иметь достаточную свободу перемещения, то цена не так уж и высока. Беспроводные сети применяются в специфических условиях, и, по мнению аналитиков, займут свою нишу на рынке.
Локальные сети в зависимости от назначения и технических решений могут иметь различные конфигурации (или, как еще говорят, архитектуру, или топологию). (См. первую лекцию по компьютерным сетям.)
Процесс передачи данных по сети определяют 6 компонент:
Компьютер-источник
Блок протокола
Передатчик
Физическая кабельная сеть
Приемник
Компьютер-адресат.
Компьютер-источник может быть рабочей станцией, файл-сервером, т.е. любым компьютером, подключенным к сети. Блок протокола состоит из набора микросхем и программного драйвера для платы сетевого интерфейса. Блок протокола отвечает за логику передачи по сети. Передатчик посылает электрический сигнал через физическую топологическую схему. Приемник распознает и принимает сигнал, передающийся по сети, и направляет его для преобразования в блок протокола, который затем передает данные в компьютер-адресат. В ходе процесса передачи блок протокола управляет логикой передачи по сети через схему доступа.
Методы доступа в ЛКС
По методам доступа в локальной компьютерной сети выделяются такие наиболее распространенные сети, как
Ethernet
Token Ring
Метод доступа Ethernet, пользующийся наибольшей популярностью, обеспечивает высокую скорость передачи данных и надежность. Для него используется топология «общая шина», поэтому сообщение, отправляемое одной рабочей станцией, принимается одновременно всеми остальными станциями, подключенными к общей шине. Но поскольку сообщение включает адреса станций отправителя и адресата, то другие станции это сообщение игнорируют. Это метод множественного доступа. При нем перед началом передачи рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если свободен, то станция начинает передачу.
Метод доступа ARCnet получил распространение в силу дешевизны оборудования. Он используется в сетях со звездообразной топологией. Одна из ПЭВМ создает специальный маркер (сообщение специального вида), который последовательно передается от одной ПЭВМ к другой. Если станция передает сообщение другой станции, она должна дождаться маркера и добавить к нему сообщение, дополненное адресами отправителя и назначения. Когда пакет дойдет до станции назначения, сообщение будет отделено от маркера и передано станции.
Метод доступа Token Ring рассчитан на кольцевую топологию и также использует маркер, передаваемый от одной станции к другой. Но при нем имеется возможность назначать разные приоритеты разным рабочим станциям. При этом методе маркер перемещается по кольцу, давая последовательно расположенным на нем компьютерам право на передачу. Если компьютер получает пустой маркер, он может заполнить сообщение кадром любой длины, однако лишь в течение того промежутка времени, который отводит специальный таймер для нахождения маркера в одной точке сети. Кадр перемещается по сети и каждая ПЭВМ регенерирует его, но только принимающая ПЭВМ копирует тот кадр в свою память и отмечает его как принятый, однако не выводит сам кадр из кольца. Эту функцию выполняет передающий компьютер, когда его сообщение возвращается к нему обратно. Тем самым обеспечивается подтверждение факта передачи сообщения.
Существуют различные способы соединения персональных компьютеров в единый комплекс. Самый простой из них – соединить компьютеры через последовательные порты. В этом случае имеется возможность копировать файлы с жесткого диска одного компьютера на другой, если воспользоваться программой операционной оболочки. Для получения прямого доступа к жесткому диску другого компьютера разработаны специальные сетевые платы (адаптеры) и программное обеспечение. В простых локальных сетях функции выполняются не на серверной основе, а по принципу соединения рабочих станций друг с другом, поэтому пользователю можно не приобретать специальные файловые серверы и дорогостоящее сетевой ПО. Каждая ПЭВМ такой сети может выполнять функции как рабочей станции, так и сервера.
В локальных сетях с развитой архитектурой функции управления выполняет сетевая операционная система, устанавливаемая на более мощном, чем рабочие станции, компьютере (файловом сервере). Серверные сети делятся на сети среднего класса (до 100 рабочих станций) и мощные (корпоративные), объединяющие до 250 рабочих станций и более. Основным разработчиком сетевых программных продуктов для сервера локальной сети является фирма Novell.
В серверных локальных сетях реализованы две модели взаимодействия пользователей с рабочими станциями: модель файл-сервер и модель клиент-сервер .
В первой модели сервер обеспечивает доступ к файлам базы данных для каждой рабочей станции, и на этом его работа заканчивается. Например, если используется база данных типа файл-сервер, для получения сведений о налогоплательщиках, проживающих на какой-либо конкретной улице города, по сети будет передана вся таблица по району, и решать, какие записи в ней удовлетворяют запросу, а какие нет, приходится самой рабочей станции. Таким образом, работа этой модели приводит к перегрузке сети.
Устранение этих недостатков достигается в модели клиент-сервер. В этом случае прикладная система делится на две части: внешнюю, обращенную к пользователю и называемую клиентом, и внутреннюю, обслуживающую и называемую сервером. Сервером является машина, обладающая ресурсами и предоставляющая их, а клиентом – потенциальный потребитель этих ресурсов. Роль ресурсов может играть файловая система (файловый сервер), процессор (вычислительный сервер), база данных (сервер базы данных), принтер (принтер-сервер) и др. Так как сервер (или серверы) обслуживает одновременно многих клиентов, то на серверном компьютере должна функционировать многозадачная операционная система. В этой модели сервер играет активную роль, ибо его программное обеспечение заставляет сервер «сначала подумать, а потом сделать». Потоки информации, текущие по сети, становятся меньшими, поскольку сервер сначала обрабатывает запросы, а затем посылает клиенту то, в чем он нуждается. Сервер так же контролирует допустимость обращения к записям на индивидуальной основе, что обеспечивает большую безопасность данных.
В компьютерных сетях сосредоточивается информация, исключительной право на пользование которой принадлежит определенным лицам или группам лиц, действующим в порядке личной инициативы или в соответствии с должностными обязанностями. Такая информация защищается от всех видов постороннего вмешательства: чтения лицами, не имеющими права доступа к информации, и преднамеренного изменения информации.
Обеспечение безопасности информации в компьютерных сетях и в автономно работающих ПЭВМ достигается комплексом организационных , организационно -технических и программных мер защиты. (Состав найти самостоятельно)
К механизмам обеспечения безопасности работы в сети относятся: идентификация пользователей (как правило, с помощью паролей), шифрование данных, электронная подпись, управление маршрутизацией и др.
Похожая информация.
Рассмотрим применение вышесказанного в реальных сетевых технологиях. Сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети, т.е. это минимальный набор средств, с помощью которых можно построить работоспособную сеть; иногда сетевые технологии называют базовыми технологиями, имея в виду то, что на их основе строится базис любой сети. В настоящее время насчитывается более 200 сетей, имеющих тот или иной уровень стандартизации, но широкое распространение и всеобщее признание получили не более 10 из них. Это связано с тем, что именно эти сети поддерживаются наиболее мощными фирмами и поэтому доведены до уровня международных стандартов. Примерами базовых технологий могут служить такие известные технологии, как Ethernet, Token-Ring, Arcnet, FDDI.
СЕТЬ ETHERNET. Наибольшее распространение среди стандартных сетей получила сеть Ethernet. Она появилась в 1972 году (разработчиком выступила известная фирма Xerox). В 1985 году сеть Ethernet стала международным стандартом, ее приняли крупнейшие международные организации по стандартам: комитет 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) и ЕСМА (European Computer Manufacturers Association). Стандарт получил название IEEE 802.3. Он определяет множественный доступ к каналу типа "шина" с обнаружением конфликтов и контролем передачи, т.е. с уже упоминавшимся методом доступа CSMA/CD.
Основные характеристики стандарта IEEE 802.3 следующие: топология - "шина", среда передачи - коаксиальный кабель, скорость передачи - 10 Мбит/с, максимальное количество абонентов - до 1024, длина сегмента сети - до 500 м, количество абонентов на одном сегменте - до 100.
В классической сети Ethernet применяется стандартный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий). Однако в последнее время все большее распространение получает версия Ethernet, использующая в качестве среды передачи витые пары, так как монтаж и обслуживание их гораздо проще. В последние годы появилась более быстрая версия Ethernet, работающая на скорости 100 Мбит/с (Fast Ethernet). Определен также стандарт для применения в сети оптоволоконного кабеля. Помимо стандартной топологии типа "шина" применяется также топология типа "пассивная звезда". Главное - чтобы в полученной в результате топологии не было замкнутых путей (петель). Фактически получается, что абоненты соединены все в ту же "шину", так как сигнал от каждого из них распространяется сразу во все стороны и не возвращается назад. Максимальная длина кабеля всей сети в целом (максимальный путь сигнала) теоретически может достигать 6,5 км, но практически не превышает 2,5 км.
СЕТЬ FAST ETHERNET. Сеть Fast Ethernet - это составная часть стандарта IEEE 802.3, появившаяся совсем недавно, в 1995 году. Она представляет собой более быструю версию стандартной сети Ethernet, работающую на скорости передачи 100 Мбит/с. С целью сохранения совместимости с более ранними версиями Ethernet стандарт определяет для Fast Ethernet специальный механизм автоматического определения скорости передачи в режиме автодиалога, что позволяет сетевым адаптерам Fast Ethernet автоматически переключаться со скорости 10 Мбит/с на скорость 100 Мбит/с и наоборот.
Основная топология сети Fast Ethernet - пассивная звезда. Fast Ethernet требует обязательного применения более дорогих концентраторов, чем при использовании Ethernet. Концентраторы в этом случае могут соединяться между собой связными сегментами, что позволяет строить сложные конфигурации.
Локальные сети всех остальных типов, кроме Ethernet, распространены гораздо меньше.
СЕТЬ FDDI. Сеть FDDI (от английского Fiber Distributed Data Interface) -это одна из новейших разработок стандартов локальных сетей. Стандарт FDDI, предложенный Американским национальным институтом стандартов (American National Standards Institute, ANSI), изначально ориентировался на высокую скорость передачи (100 Мбит/с) и на применение перспективного оптоволоконного кабеля (длина волны света - 850 нм). Поэтому в этом случае разработчики не были стеснены рамками стандартов, ориентировавшихся на низкие скорости и электрический кабель.
Выбор оптоволокна в качестве среды передачи сразу же определил преимущества новой сети: высокую помехозащищенность и секретность передачи информации. Высокая скорость передачи, которую при использовании оптоволоконного кабеля достичь гораздо проще, позволяет решать многие задачи, недоступные менее скоростным сетям, например, передачу изображений в реальном масштабе времени. Кроме того, оптоволоконный кабель легко решает проблему передачи данных на расстояние нескольких километров без ретрансляции, что позволяет строить гораздо большие по размерам сети, охватывающие даже целые города и имеющие при этом все преимущества локальных сетей (в частности, низкий уровень ошибок). И хотя к настоящему времени аппаратура FDDI не получила еще широкого распространения, она очень перспективна.
За основу стандарта FDDI был взят метод маркерного доступа, предусмотренный международным стандартом IEEE 802.5 Token-Ring. Небольшие отличия от этого стандарта определяются необходимостью обеспечить высокую скорость передачи информации на большие расстояния. Топология сети FDDI - это кольцо, причем применяются два разнонаправленных оптоволоконных кабеля, что позволяет использовать передачу информации с удвоенной эффективной скоростью в 200 Мбит/с (при этом каждый из двух каналов работает на скорости 100 Мбит/с).
Основные технические характеристики сети FDDI следующие: Максимальное количество абонентов сети - 1000. Максимальная протяженность кольца сети - 20 км. Максимальное расстояние между абонентами сети - 2 км. Среда передачи - оптоволоконный кабель (возможно применение электрической витой пары).
Метод доступа - маркерный.
Скорость передачи информации - 100 Мбит/с (200 Мбит/с для дуплексного режима передачи).
Как видим, FDDI имеет большие преимущества по сравнению со всеми рассмотренными ранее сетями. Даже сеть Fast Ethernet, имеющая такую же пропускную способность 100 Мбит/с, не может сравниться с FDDI по допустимым размерам сети и допустимому количеству абонентов.. Ограничение на общую длину сети в 20 км связано не с затуханием сигналов, а с необходимостью ограничения времени полного прохождения сигнала по кольцу для обеспечения предельно допустимого времени доступа.
Стандарт FDDI для достижения высокой гибкости сети предусматривает включение в кольцо сетевых адаптеров двух типов:
1. Адаптеры класса А подключаются к внутреннему и внешнему, кольцам сети. При этом реализуется возможность обмена со скоростью до 200 Мбит/с или же возможность резервирования кабеля сети (при повреждении основного кабеля используется резервный кабель). Аппаратура этого класса используется в самых критичных частях сети.
2. Адаптеры класса В подключаются только к внешнему кольцу сети. Они могут быть более простыми и дешевыми, чем адаптеры класса А, но не будут иметь их возможностей.
Стандарт FDDI предусматривает возможность реконфигурации сети с целью сохранения ее работоспособности в случае повреждения кабеля. Поврежденный участок кабеля исключается из кольца, но целостность сети при этом не нарушается вследствие перехода на одно кольцо вместо двух (т.е. адаптеры класса А начинают работать как адаптеры класса В).
Несмотря на очевидные преимущества, сеть FDDI не получила пока широкого распространения, это связано главным образом с высокой стоимостью ее аппаратуры. Однако в ближайшее время ситуация может измениться.
СЕТЬ GIGABIT ETHERNET. Быстродействие сети Fast Ethernet, других сетей, работающих на скорости в 100 Мбит/с, в настоящее время удовлетворяет требованиям большинства задач, но в ряде случаев даже его оказывается недостаточно. Особенно это касается тех ситуаций, когда необходимо подключать к сети современные высокопроизводительные серверы или строить сети с большим количеством абонентов, требующих высокой интенсивности обмена.
Сохранение преемственности позволяет легко и просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в единую сеть и переходить к новым скоростям постепенно, вводя гигабитные сегменты только на самых напряженных участках сети. К тому же далеко не везде такая высокая пропускная способность действительно необходима.
Что это такое - сетевая технология? Зачем она нужна? Для чего используется? Ответы на эти, а также на ряд других вопросов и будут даны в рамках данной статьи.
Несколько важных параметров
- Скорость передачи данных. От этой характеристики зависит, какое же количество информации (измеряется в большинстве случаев в битах) может быть передано через сеть за определённый промежуток времени.
- Формат кадров. Информация, которая передаётся через сеть, объединяется в пакеты информации. Они и называются кадрами.
- Тип кодирования сигналов. В данном случае решается, как же зашифровать информацию в электрических импульсах.
- Среда передачи. Такое обозначение используется для материала, как правило, это кабель, по которому и осуществляется проход потока информации, что в последующем и выводится на экраны мониторов.
- Топология сети. Это схематическое построение конструкции, по которой осуществляется передача информации. Используются, как правило, шина, звезда и кольцо.
- Метод доступа.
Набор всех этих параметров и определяет сетевую технологию, чем она является, какие приспособления использует и характеристики имеет. Как можете догадаться, их существует великое множество.
Общая информация
Но что же собой представляет сетевая технология? Ведь определение этому понятию так и не было дано! Итак, сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и программно-аппаратных средств, которые их реализовывают в объеме, достаточном для построения локальной вычислительной сети. Это определяет, как же будет получен доступ к среде передачи данных. В качестве альтернативы можно ещё встретить название «базовые технологии». Рассмотреть их все в рамках статьи не представляется возможным из-за большого количества, поэтому внимание будет уделено самым популярным: Ethernet, Token-Ring, ArcNet и FDDI. Что же они собой представляют?
Ethernet
На данный момент это самая популярная во всём мире сетевая технология. Если подведёт кабель, то вероятность того, что используется именно она, близка к ста процентам. Ethernet можно смело зачислять в наилучшие сетевые информационные технологии, что обусловлено низкой стоимостью, большой скоростью и качеством связи. Наиболее известным является тип IEEE802.3/Ethernet. Но на его основе было разработано два очень интересных варианта. Первый (IEEE802.3u/Fast Ethernet) позволяет обеспечить скорость передачи в 100 Мбит/секунду. У этого варианта существует три модификации. Разнятся они между собой по использованному материалу для кабеля, длине активного сегмента и конкретным рамкам диапазона передачи. Но колебания происходят в стиле «плюс-минус 100 Мбит/секунду». Другой вариант - это IEEE802.3z/Gigabit Ethernet. У него передающая способность равна 1000 Мбит/с. У этой вариации существует четыре модификации.
Token-Ring
Сетевые информационные технологии данного типа используются для создания разделяемой среды передачи данных, которая в конечном итоге образуется как объединение всех узлов в одно кольцо. Строится данная технология на звездно-кольцевой топологии. Первая идёт как основная, а вторая - дополнительная. Чтобы получить доступ к сети, применяется маркерный метод. Максимальная длина кольца может составлять 4 тысячи метров, а количество узлов - 260 штук. Скорость передачи данных при этом не превышает 16 Мбит/секунду.
ArcNet
Этот вариант использует топологию «шина» и «пассивная звезда». При этом он может строиться на неэкранированной витой паре и оптоволоконном кабеле. ArcNet - это настоящий старожил в мире сетевых технологий. Длина сети может достигать 6000 метров, а максимальное количество абонентов - 255. При этом следует отметить основной недостаток этого подхода - его низкую скорость передачи данных, которая составляет только 2,5 Мбита/секунду. Но эта сетевая технология всё ещё широко используется. Это происходит благодаря ее высокой надежности, низкой стоимости адаптеров и гибкости. Сети и сетевые технологии, построенные по другим принципам, возможно, и обладают более высокими показателями скорости, но именно из-за того, что ArcNet обеспечивает высокую доходимость данных, это позволяет нам не скидывать её со счетов. Важным преимуществом данного варианта является то, что используется метод доступа посредством передачи полномочий.
FDDI
Сетевые компьютерные технологии данного вида являются стандартизированными спецификациями архитектуры высокоскоростной передачи данных, использующей оптоволоконные линии. На FDDI значительным образом повлияли ArcNet и Token-Ring. Поэтому эту сетевую технологию можно рассматривать как усовершенствованный механизм передачи данных на основании имеющихся наработок. Кольцо этой сети может достигать в длину сто километров. Несмотря на значительное расстояние, максимальное количество абонентов, которые могут подключиться к ней, составляет только 500 узлов. Следует отметить, что FDDI считается высоконадежной благодаря наличию основного и резервного путей передачи данных. Добавляет ей популярность и возможность быстро передавать данные - примерно 100 Мбит/секунду.
Технический аспект
Рассмотрев, что собой представляют основы сетевых технологий, что используются, сейчас давайте уделим внимание тому, как же всё устроено. Первоначально следует отметить, что рассмотренные ранее варианты - это исключительно локальные средства соединения электронно-вычислительных машин. Но есть и глобальные сети. Всего их в мире около двух сотен. Как же работают современные сетевые технологии? Для этого давайте рассмотрим действующий принцип построения. Итак, есть ЭВМ, которые объединены в одну сеть. Условно они делятся на абонентские (основные) и вспомогательные. Первые занимаются всеми информационно-вычислительными работами. От них же зависит то, каковы будут ресурсы сети. Вспомогательные занимаются преобразованием информации и её передачей по каналам связи. Из-за того что им приходится обрабатывать значительное количество данных, серверы могут похвастаться повышенной мощностью. Но конечным получателем любой информации всё же являются обычные хост-ЭВМ, которые чаще всего представлены персональными компьютерами. Сетевые информационные технологии могут использовать такие типы серверов:
- Сетевой. Занимается передачей информации.
- Терминальный. Обеспечивает функционирование многопользовательской системы.
- Баз данных. Занимается обработкой запросов к БД в многопользовательских системах.
Сети коммутации каналов
Они создаются благодаря физическому соединению клиентов на то время, когда будут передаваться сообщения. Как это выглядит на практике? В таких случаях для отправки и получения информации от точки А до точки Б создаётся прямое соединение. Оно включает в себя каналы одного из множества (как правило) вариантов доставки сообщения. И созданное соединение для успешной передачи должно быть неизменным в течение всего сеанса. Но в таком случае проявляются довольно сильные недостатки. Так, приходится относительно долго ожидать соединения. Это сопровождается высокой стоимостью передачи данных и низким коэффициентом использования канала. Поэтому использование сетевых технологий данного типа не распространено.
Сети коммутации сообщений
В этом случае вся информация передаётся небольшими порциями. Прямое соединение в таких случаях не устанавливается. Передача данных осуществляется по первому же свободному из доступных каналов. И так до тех пор, пока сообщение не будет передано своему адресату. Сервера при этом постоянно занимаются приёмом информации, её сбором, проверкой и установлением маршрута. И в последующем сообщение передаётся далее. Из преимуществ необходимо отметить низкую цену передачи. Но в таком случае всё ещё существуют такие проблемы, как низкая скорость и невозможность осуществления диалога между ЭВМ в режиме реального времени.
Сети коммутации пакетов
Это самый совершенный и популярный на сегодняшний день способ. Развитие сетевых технологий привело к тому, что сейчас обмен информацией осуществляется посредством коротких пакетов информации фиксированной структуры. Что же они собой представляют? Пакеты - это части сообщений, что удовлетворяют определённому стандарту. Небольшая их длина позволяет предотвратить блокировку сети. Благодаря этому уменьшается очередь в узлах коммутации. Осуществляется быстрое соединение, поддерживается невысокий уровень ошибок, а также достигнуты значительные высоты в плане увеличения надежности и эффективности сети. Следует отметить и то, что существуют различные конфигурации этого подхода к построению. Так, если сеть обеспечивает коммутацию сообщений, пакетов и каналов, то она называется интегральной, то есть можно провести её декомпозицию. Часть ресурсов при этом может использоваться монопольно. Так, некоторые каналы могут применяться для того, чтобы передавать прямые сообщения. Они создаются на время передачи данных между разными сетями. Когда сеанс отправки информации заканчивается, то они распадаются на независимые магистральные каналы. При использовании пакетной технологии важным является настройка и согласование большого количества клиентов, линий связи, серверов и целого ряда иных устройств. В этом помогает установление правил, которые известны как протоколы. Они являются частью используемой сетевой операционной системы и реализуются на аппаратном и программном уровнях.