3.1.2. Классификация и архитектура локальных сетей

Когда два и более компьютера подключаются друг к другу, образуется компьютерная сеть. Но если задуматься, это «детское» определение — всего лишь первый шаг. Например, сети можно классифицировать по:

1) размеру — сеть для рабочих групп, локальная (Local Area Network, LAN) или региональная сеть (Wide Area Network, WAN);

2) функциональным возможностям узлов — одноранговая или сеть архитектуры клиент-сервер;

3) топологии (форме) — шинная, кольцевая или звездообразная (радиальная) сеть;

4) пропускной способности — с узкополосной или широкополосной передачей (мегабиты в секунду против гигабитов в секунду);

5) архитектуре — ARCnet, Ethernet или Token Ring.

Это основные категории классификации сетей. Им и посвящен следующий раздел.

Размер

Сети на базе ПК бывают самых разных размеров. Более того, они масштабируемы, то есть могут расти или сжиматься в зависимости от того, сколько пользователей нужно поддерживать. Но в принципе сети на базе ПК можно разделить на две категории:

• локальные, которые нуждаются в кабельном соединении и охватывают сравнительно ограниченные пространства (например, этаж, здание или территорию небольшого учреждения);

• региональные, которые, используя средства дальней связи, выходят далеко за эти пределы, иногда пересекая границы государств.

Между этими категориями нет четких границ, ибо несколько локальных сетей можно объединить так, что они образуют региональную сеть, однако основные различия все же вполне ощутимы. Эта глава посвящена локальным сетям.

Функциональные возможности узлов

Локальные сети, во многом синонимичные сетям на базе ПК, подразделяются еще на два типа: одноранговые и сети модели клиент-сервер.

Одноранговая модель подходит для небольших сетей. В одноранговой сети каждый компьютер может «общаться» с любым другим, предоставляя всем узлам сети свои файлы и принтеры и пользуясь чужими ресурсами. Одноранговая сеть весьма демократична, но пригодна лишь для небольшого числа компьютеров — не более чем для десятка. Сеть такого типа поддерживает Microsoft Windows 95 и будет прекрасно обслуживать, например, рабочую группу в небольшом учреждении. В одноранговой схеме каждый компьютер выступает и в качестве клиента, и в качестве сервера — его роль в любой момент времени зависит от того, предоставляет он информацию или получает ее.

Модель клиент-сервер лучше подходит для крупных сетей.

При большом числе компьютеров (сотни, тысячи и даже десятки тысяч) предприятия чаще полагаются на сети модели клиент-сервер. Упрощенно (даже весьма упрощенно), можно считать, что в такой сети отдельный компьютер подключается к одному или нескольким более крупным компьютерам (а также через них), выступающим в роли посредников. Обычно в таких средах серверы оснащены одним или несколькими процессорами класса Pentium II или RISC (например, DEC Alpha AXP) и сетевой операционной системой. В качестве таковой может быть выбрана Microsoft Windows NT Server — «старший брат» Windows 95, задуманный и оптимизированный для поддержки сетевой среды как единого целого.

Роль серверов состоит в обеспечении централизованной защиты и управлении трафиком, а также в предоставлении клиентам ресурсов: информации, приложений и доступа к устройствам совместного пользования (например, к принтерам). В клиент-серверной среде в роли клиентов выступают настольные компьютеры (именно компьютеры, а не неинтеллектуальные терминалы!) под управлением операционной системы типа Windows 95 или Windows NT Workstation. Как правило, клиент использует собственные вычислительные мощности для обработки информации, полученной от сервера, но полагается на сервер в части предоставления необходимых данных и приложений. Такое распределение ролей в обработке информации носит название клиентской (front-end) и серверной (back-end) обработки.

Сети клиент-сервер можно соединять друг с другом и с мэйнфреймами.

Наряду с успешным функционированием в собственной «родной» среде, сети модели клиент-сервер могут работать с миникомпьютерами и мэйнфреймами. Именно эта гибкость и составляет привлекательность клиент-серверных сетей. Работая в такой среде на компьютере-клиенте, можно «вкушать плоды» трех разных методов обработки информации: автономной работы, взаимодействия с другими компьютерами сети и подключения к серверу или мэйнфрейму для доступа к хранящейся там информации (так сказать, главное блюдо).

Топология или форма сети

Форма сети определяется методом, которым эта сеть проложена, и называется топологией.

Топология описывает соединение компьютеров друг с другом. Существуют три основные топологии: шинная, кольцевая и звездообразная (радиальная), каждая из которых характеризуется способом подключения компьютеров друг к другу и к серверам.

Шина.

Будучи самой простой, шинная топология поступает с компьютерами, как прачка с бельем, развешивая их поштучно вдоль натянутой веревки. Только в роли веревки здесь выступает одиночный кабель — соединительная линия или магистраль.

В шинной сети все сообщения поступают в магистраль, а каждый компьютер «слушает» магистраль в ожидании адресованных ему сообщений. Сообщения передаются по одному. Чтобы избежать эха (отражения сигналов от концов линии, которое может воспрепятствовать передаче других сообщений), каждая секция кабеля заканчивается компьютером, соединением с другой кабельной секцией или терминатором — специальным приспособлением, которое поглощает сигнал, прежде чем он отразится. Иными словами, в шинной сети конец любого отрезка кабеля не может быть свободным и должен быть подключен к какому-нибудь устройству.

Шинными топологиями не трудно управлять, они легко расширяются и требуют меньше кабеля, по сравнению с остальными топологиями. Но в силу того, что все компьютеры подключены к одному кабелю, любая неполадка в нем может привести к полному или частичному выходу сети из строя. Кроме того, поскольку в каждый момент времени передать сообщение по магистрали может лишь один компьютер, работа шинной сети часто замедляется, если число подключенных компьютеров или трафик слишком велики. Как и в любой очереди, компьютерам в перегруженной шинной сети приходится ждать, пока настанет их черед передать сообщение.

Кольцо.

В кольцевой сети компьютеры передают сообщения по кругу. Нетрудно сообразить, что в кольцевой топологии компьютеры соединены друг с другом последовательно, образуя замкнутое кольцо. Само по себе оно может быть физическим (реальным кольцом) или логически (когда по кругу передаются сообщения). В любом случае компьютеры в кольцевой сети поддерживают связь, передавая сообщения по кругу и всегда в одном направлении. Поскольку все узлы сети участвуют в поддержке ее работы, кольцо представляет собой активную топологию в противоположность пассивной ретрансляции, характерной для шинной топологии.

Сообщения в сети кольцевой топологии передаются в виде пакетов.

Чтобы гарантировать доставку сообщений по назначению и равные права доступа к сети всем ее узлам, пакет в сети кольцевой топологии передается последовательно от одного узла к другому. Каждый компьютер в сети взаимодействует только со своими непосредственными соседями слева и справа, получая пакеты от одного и передавая их другому.

Самая распространенная разновидность кольцевой топологии — Token Ring, получила свое название от маленького пакета, размером всего 3 байта — маркера (token), который узлы сети передают по кругу. Каждый узел поочередно принимает маркер, и только узел, где сейчас находится маркер, имеет полномочия на передачу сообщения. Если узел с маркером хочет передать информацию, он «приклеивает» сообщение и адрес узла-адресата к маркеру и отправляет модифицированный маркер дальше по кругу. Если узел—адресат пакета, получив маркер, узнает в нем свой адрес, он извлекает сообщение, приклеивает к маркеру подтверждение о доставке и вновь отправляет измененный маркер по кругу. Когда маркер, в конце концов, попадет на узел — отправитель пакета, тот откажется от управления маркером, передаст своему соседу «освобожденный» маркер, и весь процесс начнется заново.

Хота идея пересылки информации по кольцу кажется несколько нерациональной и расточительной, в действительности кольцевая топология обладает неплохой производительностью — ведь передача происходит почти со скоростью света. (То, что компьютеры успевают рассмотреть пакеты и «выхватить» необходимое на такой скорости, кажется подлинным чудом, если принять во внимание, что стоит такая аппаратура всего лишь несколько сотен долларов). Огромное преимущество кольцевой топологии в том, что все компьютеры имеют равные возможности передачи и приема информации. Однако в этой модели порой трудно локализовать неисправности из-за того, что данные передаются по кругу и в одном направлении. Кроме того, выход из строя одного узла способен парализовать сеть и может потребовать ее перенастройки путем добавления или удаления узлов.

Звезда.

Звездообразные, или радиальные, сети появились, когда терминалы стали подключать к мэйнфреймам. Подобно щупальцам осьминога, кабели и компьютер, составляющие радиальную сеть, исходят из центральной точки — концентратора. Он используется и в сетях иной топологии, но служит отличительным признаком именно радиальных сетей. В этой роли порой выступает компьютер-сервер, но чаще всего это центральный блок, к которому по отдельности подключены компьютеры сети. За счет своего местоположения (в центре звезды) концентратор может и просто пассивно ретранслировать сигналы и, наоборот, быть активным устройством, которое усиливает сигнал, либо ведет ретрансляцию избирательно. В наиболее распространенном типе радиальной сети, известной как ArcNet с малым импедансом, концентратор пассивен и всего лишь ретранслирует поступающие сигналы узлам сети.

Звездообразным сетям требуется больше кабелей по сравнению с шинными сетями, но благодаря индивидуальному подключению каждого узла к компьютеру сеть сохраняет работоспособность даже при выходе одного узла из строя. Но есть и минусы — выход из строя центрального сервера или концентратора парализует всю сеть вплоть до устранения неисправности. (Впрочем, это можно считать и достоинством — ведь источник неисправности легко локализовать).

Пропускная способность

У всех сетей вне зависимости от их топологии есть одна общая характеристика — пропускная способность. Эта характеристика присутствует также и в мире телевидения, радиовещания и сотовой телефонии, а сам термин превратился в дежурное словечко из области высоких технологий, его с удовольствием произносят даже те, кто не вполне понимает, о чем идет речь. Поголовно все, например, утверждают, что для роста и преуспевания Интернету недостает полосы пропускания. Все также знают, что чем больше эта полоса — тем лучше. Но почему?

Пропускная способность, на самом деле, термин пришедший из физики. Традиционно термин «полоса пропускания» относится к диапазону частот электромагнитных колебаний. Частоты распределены по непрерывному спектру, который простирается от крайне низких (дозвуковых) через низкие, средние, высокие и сверхвысокие частоты (радиоволны, телевизионный диапазон, УКВ, микроволны) до невообразимо высоких частот (рентгеновские и гамма-лучи). У каждого излучения — своя полоса, иначе — диапазон частот, и именно его измеряют кило-, мега-, гига- и терагерцами.

В мире компьютеров, сетей и связи термин «ширина полосы» по-прежнему относится к частотам. Вам, наверное, приходилось слышать фразы типа «волоконно-оптический кабель обладает более широкой полосой пропускания по сравнению с коаксиальным или с витой парой медных телефонных проводов». В контексте сетей и кабельных коммуникаций слова «широкая полоса» все еще эквивалентны широкому диапазону частот, как и в традиционном определении. Но важность ширины полосы пропускания в том, что чем она больше, тем больше данных можно по ней передать. Более широкая полоса позволяет одновременно передавать множество сигналов благодаря разделению доступного интервала частот на отдельные каналы, каждый из которых способен передавать свой поток данных. И, естественно, чем больше потоков, тем больше передается информации. А чем больше информации, тем лучше.

Частоты, образующие полосу пропускания, по-прежнему выражаются в кило-, мега- и гигагерцах, но для полосы пропускания сетей применяются другие единицы — кило-, мега- и гигабиты в секунду. Переход от циклов в секунду к битам в секунду может показаться недостаточно обоснованным, но они действительно связаны между собой: более высокие частоты способны переносить больше информации, нежели низкие.

Сети на базе ПК делятся на две категории: с передачей данных без модуляции (их называют также узкополосными) и с модуляцией (широкополосные). В силу причин, упомянутых выше, передача без модуляции происходит медленнее, чем с модуляцией. Но не надо думать, что объявленная скорость передачи в сети с модуляцией или без нее — это нечто окончательное. Скорость, с которой сеть может работать, чаще всего не со впадает со скоростью, на которой она действительно работает. Объем трафика и другие факторы способны влиять и действительно влияют на рабочую скорость (или пропускную способность), а в конечном счете, именно пропускная способность определяет эффективность работы сети.

Сети с немодулированной передачей используют всю ширину полосы как один канал, по которому электрический или световой сигналы передаются в обоих направлениях между узлами и серверами сети. Передаваемые сообщения подразделяются на пакеты, и вся информация передается в цифровой форме. Это значит, что каждый бит — наименьшая единица информации, — представляется одним из двух состояний: 0 или 1 (на самом деле — «есть сигнал» и «нет сигнала»). Типичная сеть с передачей без модуляции, такая как обычный Ethernet, работает на скорости около 10 Мбит/с, однако возможны и гораздо большие скорости, вплоть до гигабит в секунду.

В простейшем случае сеть без модуляции передает в каждый момент времени один сигнал, причем узлы сети ждут, пока канал освободится и они смогут воспользоваться им. Но даже такие сети способны одновременно передавать несколько сигналов благодаря мультиплексированию. В этом случае канал делится на сегменты, или кванты времени. С их помощью можно передавать пакеты нескольких сигналов, по одному на квант. На приемном конце «демультиплексор» обеспечивает восстановление целостной формы сигналов.

Сети с модулированной передачей — гораздо более современная высокоскоростная технология. В них интервал частот подразделяется на несколько каналов, между которыми лежат буферные зоны неиспользуемых частот — так называемые защитные полосы. В сетях с модуляцией имеются выделенные каналы для входящих и исходящих сигналов, а трафик распространяется в аналоговой форме, аналогичной непрерывному изменению сигнала (как в песне или показаниях самописца), а не чередованию импульсов, как в сетях без модуляции.

Сети с модулированной передачей быстры и гибки, работают со скоростью около 100 Мбит/с, а теоретически — вплоть до нескольких гигабит в секунду. Вместе с тем они намного дороже и сложнее сетей с немодулированной передачей. Как уже говорилось, полоса сетей с модуляцией делится на несколько каналов разного назначения. В простейшем случае такая сеть использует лишь два канала: входящий и исходящий. Но ее каналы можно использовать и для передачи различных видов информации: речи, видео и данных, то есть более разнообразной информации по сравнению с немодулированной передачей.

Архитектуры

В компьютерном мире слово архитектура употребляют в разных значениях в зависимости от контекста. Но оно всегда означает способ, которым построен тот или иной образец аппаратуры или программного обеспечения, или способ его действия. Архитектура ПК и архитектура операционной системы или сети — не одно и тоже, но и в том, и в другом случае речь идет о «скелете», который «несет на себе» технологию и позволяет ей работать.

Выражение «архитектура сети» отчасти относится к тому, как устроена сеть и как она переносит данные, а с другой стороны — к работе программной реализации правил, известных под названием протоколов. Иными словами, речь идет о множестве разнообразных правил, которым следует сетевое программное обеспечение для поддержания порядка и безошибочной передачи информации.

Исторически апробированная сетевая архитектура основывалась на сравнительно ограниченной по своим возможностям немодулированной передаче данных. Прогрессивные архитектуры завтрашнего дня должны обеспечивать передачу данных с модуляцией, чтобы удовлетворить постоянно растущие потребности в передаче не только цифровых данных, но и голосовой информации, факсимильных сообщений, видео и т. д.

Стандарты всех архитектур отражены в спецификации IEEE 802 и модели ISO/OSI

Чтобы при всей специфике отдельных схем и реализаций гарантировать «игру по одним и тем же правилам», сетевые архитектуры следуют стандартам, заданным двумя наборами нормативов: IEEE 802 и модели ISO/OSI. Подобно правилам игры в шахматы или бридж, эти нормативы создают единообразную базу для обширного набора сетевых решений. Благодаря этому даже существенно различные подходы к проектированию, разработке и внедрению сетей исходят из одних и тех же принципов и хотя бы отчасти совместимы.

IEEE 802. Спецификация — это собирательное название стандартов, которые с конца 70-х годов разрабатывались комитетами Института по электротехнике и электронике (IEEE). Спецификация IEEE 802 прежде всего апеллирует к аппаратной составляющей сетей и передачи данных (кодирование, адресация и пересылка), образующих базовые уровни любой коммуникационной сети. Она определяет стандарты, которые должны соблюдаться при разработке и развертывании таких устройств как сетевые адаптеры, кабели и кабельные соединения. Ссылки на стандарты IEEE 802 можно часто слышать при обсуждении сетей различной архитектуры типа ArcNet, Ethernet или Token Ring (речь о них пойдет далее). Например, широко распространенная сетевая архитектура Token Ring соответствует спецификации IEEE 802.5.

Модель ISO/OSI. Аппаратура и передача данных, или спецификации канала данных в терминологии IEEE 802, соответствуют двум нижним уровням куда более сложного семиуровневого «сетевого пирога», известного как эталонная модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI). Эта модель разработана Международной организацией по стандартизации (International Standards Organization, ISO). В целом эти семь уровней охватывают все способы взаимодействия сетей и их ПО в осуществлении связи, В таблице 2-1 эти уровни представлены и кратко описаны в следующем порядке: от программного обеспечения к аппаратной части.

Таблица 2-1

Уровень модели ISO/OSI	Bug услуг	Бизнес-эквивалент
Прикладной (application layer)	Передача информации между приложениями	Продажи и обслуживание
Представительский (presentation layer)	Представление данных (шифрование, кодирование, иногда сжатие)	Демонстрационный показ
Сеансовый (session layer)	Установка, поддержка и разрыв соединения	Коммутатор
Транспортный (transport layer)	Контроль за надежностью доставки и качеством услуг	Планирование и доставка
Сетевой (network layer)	Маршруты передачи, обработка и передача сообщений	Рассылка
Канальный (data link)	Управление каналом связи, доступ к среде передачи и адресация	Поставки
Физический (physical layer)	Связь на уровне аппаратуры	Производство

Физический уровень обеспечивает интерфейс между ЭВМ сети и средой передачи дискретных сигналов. На физическом уровне через абонентские каналы передаются последовательности битов. Управление физическим каналом сводится к выделению начала и конца кадра, несущего в себе передаваемые данные, а также к формированию и приему сигналов определенной физической природы.

Стандарты физического уровня включают рекомендации Х.21 либо Х.21 бис, определяющие механические, электрические, функциональные и процедурные характеристики, необходимые для установления (активизации), поддержания и расторжения (деактивизации) физических соединений.

Функции канального уровня состоят в управлении вводом-выводом информации в канале связи. Для повышения достоверности передачи процедуры канального уровня могут предусматривать введение избыточных кодов, повторную передачу данных и другие методы. Формируемые этим уровнем данные группируются в так называемые кадры. Обмен данными между двумя объектами канального уровня может вестись одним из трех способов: дуплексным (одновременно в обоих направлениях), полудуплексным (попеременно в обоих направлениях) или симплексным (в одном направлении).

Сетевой уровень обеспечивает передачу сетевых блоков (пакетов) между узлами сети. Здесь решаются задачи выбора маршрута из числа возможных (при изменении нагрузки или конфигурации сети), управления входящим потоком, буферизации пакетов и т. д. Основная функция сетевого протокола — прокладка в каждом физическом канале совокупности логических каналов (до 4096), что существенно повышает эффективность использования ресурсов физического канала.

Основной функцией транспортного уровня является доставка сообщений (транспортных блоков), которые состоят из сетевых пакетов. С этой целью транспортные объекты сетевого ПО организуют разборку сообщений на передающем конце и сборку сообщений из принимаемых пакетов на приемной стороне. Кроме того, транспортный уровень занимается согласованием различных сетевых уровней с помощью соответствующих шлюзов (согласование сетевых объектов принципиально различных сетей) и мостов (согласование сетевых объектов однотипных сетей).

Для контроля того, что все отправленные пакеты приняты и в них нет ошибок, применяется метод посылки квитанций — квитирование. Квитанции, подтверждающие прием, могут посылаться получателем после приема одного или нескольких пакетов (обычно до 8). В последнем случае говорят о так называемом механизме «окна». Применение этого механизма при неплохом качестве средств связи позволяет уменьшить загрузку коммуникационной сети передаваемой по ней служебной информацией.

В настоящее время существует пять классов сервиса, предоставляемого транспортным протоколом (0,1... 4). Выделенные классы различаются возможностями приоритетной передачи сообщений, защиты от ошибок, а также засекречивания данных с помощью шифрования.

Сеансовый уровень предназначен для организации сеансов связи (взаимодействия) между объектами более высоких уровней При установлении сеансов связи контролируется полномочие объекта по доступу к другому объекту. Данный уровень, как и транспортный, предусматривает несколько классов услуг (А, В, С и D).

Представительный уровень описывает методы преобразования информации (шифрование, сжатие, перекодировка), передаваемой объектам прикладного уровня: пользователям и программам.

Прикладной уровень отвечает за поддержку прикладного ПО пользователя. На этом уровне реализуются три основные службы: передача и управление файлами, передача и обработка заданий, а также служба виртуального терминала.

Предложенная семиуровневая модель описывает общие принципы объединения разделенных средой передачи данных компьютеров. Для описания взаимодействия программных и аппаратных элементов уровней используются протоколы и интерфейсы.

Протоколы

Скорее всего, термины IEEE и OSI Вам уже доводилось слышать от профессионалов-сетевиков. Ну а если ваша компания уже обзавелась интрасетью, то Вам хоть слегка знакомо и слово протокол. Это понятие связанно со поистине ошеломляющим своим разнообразием набором сетевых стандартов. Протоколы действуют на всех уровнях модели OSI сверху донизу, и потому они определены не столь строго, как спецификации IEEE 802. Однако они не менее важны для коммуникаций и коллективной деятельности.

Думаю, каждый знает, что протокол — это правила, которым следуют (или не следуют) политики и дипломаты в общении друг с другом. Протокол на столь высоком уровне — это то же самое, что этикет для остального человечества: средство, гарантирующее соблюдение всеми одних и тех же правил поведения, что и делает возможным эффективное общение. У сетей тоже есть протоколы — правила, которые помогают одному процессу (упрощенно, программе) общаться с другим, действующим на том же уровне модели OSI.

Будучи весьма специализированы по своим функциям, сетевые протоколы управляют разными аспектами фактической передачи информации. Некоторые из них отвечают, например, за разбиение сообщения на пакеты, другие «решают», как и по какому маршруту будет доставлено сообщение, как будут проверяться ошибки и т. д. Поскольку каждая их этих задач реализуется на разных уровнях модели OSI, различные протоколы соответствуют разным уровням, а группы сходных протоколов имеют имена, приблизительно соответствующие уровню модели OSI, на котором работают. Комплект взаимосвязанных протоколов для совместной работы на разных уровнях модели OSI называется набором или, в случае реализации в сети конкретного типа, стеком. Индивидуальные протоколы классифицируются по функциям. Например, есть транспортные протоколы для обмена информацией между компьютерами, прикладные протоколы для обмена информацией между приложениями, сеансовые протоколы для управления сеансами связи и сетевые (не потому, что работают в сети, а потому, что относятся к сетевому уровню модели OSI) протоколы для низкоуровневых работ типа адресации, маршрутизации и проверки ошибок.

Стеки протоколов. Несколько стеков (наборов) протоколов хорошо известны и широко используются, в том числе и в сетях, обеспечивающих доступ в Интернет.

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol, Протокол управления передачей/Межсетевой протокол) — набор протоколов, первоначально разработанный для Интернета (того Интернета, каким он был до появления графической WWW, нынешней любимицы средств массовой информации и бизнеса). TCP/IP обеспечивает не только передачу в пределах предприятия, но и доступ к Интернету и Всемирной Паутине. Будучи быстрым и гибким, TCP/IP давно стал стандартным набором протоколов в UNIX-сетях, а ныне быстро завоевывает этот статус и в сетях на базе ПК. Основные преимущества TCP/IP — совместимость и маршрутизируемость. Совместимость в данном случае означает, что TCP/IP (как и любой другой набор протоколов, обладающий этим свойством) может работать в гетерогенной среде, состоящей из компьютеров разных типов, включая UNIX-системы, ПК и Macintosh. Маршрутизируемость — это способность протокола использовать разные пути для передачи сообщений между отдельными локальными сетями. Иными словами, TCP/IP «понимает», как выбрать маршрут для доставки сообщений, и потому может применяться для объединения нескольких локальных сетей в региональную или даже глобальную сеть.

IPX/SPX - (Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange, Протокол межсетевого oбменa пакетами/Протокол последовательного обмена) — компактный быстрый стек протоколов с маршрутизацией, применяемый в сетях под управлением сетевой ОС Novell NetWare. IPX-компонент этого стека поддерживает сетевые службы низкого уровня, такие как адресация и маршрутизация, a SPX выполняет транспортные функции по передаче сообщений от одного узла к другому и проверке правильности передачи. IPX/SPX — наследник более медленного набора протоколов Xerox Network System (XNS).

NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface, Расширенный пользовательский интерфейс NetBIOS) - компактный и быстрый, однако немаршрутизируемый протокол. Он был создан для работы на транспортном уровне и, как указывает первая часть его названия, тесно связан с протоколом сеансового уровня NetBIOS (Network Basic Input/Output System, Сетевая базовая система ввода-вывода). NetBIOS выделился в отдельный протокол, сохранив, однако, способность взаимодействовать с другими транспортными протоколами. NetBEUI применяется с середины 80-х годов в сетевых продуктах корпорации Microsoft, таких как LAN Manager. Несмотря на быстродействие, отсутствие средств поддержки маршрутизации не позволило NetBEUI участвовать в развитии Интернета и интрасетей XXI века.

Отдельные протоколы. Чтобы дать представление об их почти безграничном разнообразии, я перечислю ряд протоколов стека TCP/IP. Разумеется, есть и множество других, в том числе и тех, что знакомы пользователям сети AppleTalk для компьютеров Macintosh. Однако я решил ограничиться стеком TCP/ IP, ибо он стал фактическим стандартом, и его протоколы более широко распространены по сравнению с остальными, хотя бы и столь же важными.

• DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol, Протокол динамической настройки конфигурации узла) — работая со специальным сервером DHCP, динамически выделяет адреса клиентам, подключающимся к сети. Вы обязательно столкнетесь с этим протоколом, когда обратитесь к поставщику услуг Интернета.

• FTP (File Transfer Protocol, Протокол передачи файлов) — поддерживает обмен файлами между компьютерами сети. На заре Интернета фактически был стандартом передачи файлов.

• HTTP (Hypertext Transfer Protocol, Протокол передачи гипертекстовой информации) — именно этот протокол обеспечивает доступ к Всемирной Паутине (этими буквами начинаются все указатели ресурсов WWW, например, http:// www.microsoft.com).

• РРР (Point-to-Point Protocol, Протокол двухточечной связи) — протокол сетевого уровня для передачи данных по телефонным каналам.

• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol, Упрощенный протокол передачи почты) — протокол поддержки электронной почты. Это один из нескольких протоколов стека TCP/IP со сходными названиями. Среди HnxSNMP (Simple Network Management Protocol, Упрощенный протокол управления сетью) — протокол управления сетью, поддерживающий отслеживание трафика и работы сети, NNTP (Network News Transfer Protocol) — протокол передачи новостей и т. д.

Таким образом, протокол — это лишь набор правил, которые помогают компьютеру или программе «разговаривать с собратьями» способом, понятным обеим сторонам.

Архитектуры локальных сетей

Познакомившись со способами построения сетей и используемой при этом терминологией, можно приступить к знакомству с самими сетями. Три архитектуры, описанные в следующих разделах (ARCnet, Ethernet и Token Ring), определены на аппаратном уровне и непосредственно над ним, то есть на двух нижних уровнях модели OSI. Эти архитектуры широко применяются для построения современных локальных сетей. Их исходные формы были разработаны сравнительно давно, приблизительно в 70-е годы, однако появившиеся с тех пор новые версии обладают и большей скоростью передачи информации, и большими возможностями.

ARCnet. Название представляет собой аббревиатуру от Attached Resource Computer network (Компьютерная сеть доступа к ресурсам). Это сеть с немодулированной передачей, использующая маркер для открытия узлам доступа к сети. ARCnet недорога, поддерживает до 255 узлов и поэтому больше подходит для небольших ЛВС. В ARCnet применяется одна из двух топологий: шинная (под названием ARCnet с высоким импедансом) или радиальная (ARCnet с низким импедансом). Первоначально ARCnet работала на скорости 2,5 Мбит/с, но современные версии значительно быстрее. Одна из них — ARCnet Plus — обладает скоростью 20 Мбит/с. Другая разновидность, основанная на архитектуре ARCnet, но использующая систему TCNS (Thomas-Conrad Network System), обеспечивает передачу по коаксиальному или волоконно-оптическому кабелю со скоростью 100 Мбит/с.

ARCnet соответствует, хотя и не полностью, спецификации IEEE 802.4. Она не получила широкого распространения за пределами небольших сетей типа рабочих групп.

Ethernet. В настоящее время Ethernet — самая распространенная архитектура, доступная в нескольких вариантах. Все они характеризуются немодулированной передачей, тогда как топология сети может быть шинной или звездообразной. В последнем случае узлы подключаются к центральным концентраторам, а те, в свою очередь, могут быть соединены друг с другом. Все версии Ethernet основаны на механизме управления трафиком и доступом к сети под названием CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов). Ethernet в основном соответствует спецификации IEEE 802.3.

В отличие от методов, связанных с использованием маркера, при применении механизма CSMA/CD линия всегда доступна любому узлу, готовому к передаче информации. Отсюда и слова «множественный доступ» в его названии. С другой стороны, узлы должны «прислушиваться» к несущему сигналу (вот откуда в названии «контроль несущей») как к индикатору того, что сеть занята. Если этот сигнал не обнаруживается, любой узел, желающий передать информацию, может приступить к передаче. Если все же два узла ведут передачу одновременно, возникает конфликт, который обнаруживается узлами («обнаружение конфликтов»), после чего оба они должны прекратить передачу и выждать случайно заданный интервал времени до начала следующей передачи.

Ethernet, как и большинство приличных вещей, возник не вдруг. Сперва он появился в региональной сети Гавайского университета под названием ALOHA, а затем дорабатывался в знаменитом Исследовательском центре корпорации Xerox в Пало-Альто (Xerox Palo Alto Research Center, PARC), где родились также оконный интерфейс и мышь (конечно же, не полевая, а компьютерная). Первоначально Ethernet работал на скорости 10 Мбит/с, а более поздние версии — AnyLAN и Fast Ethernet, поддерживают скорость порядка 100 Мбит/с. В разнообразии форм Ethernet В отличие от ARCnet, Ethernet можно заблудиться способен запутать разнообразием названий своих форм. Некоторые из них поддерживают большее число узлов, другие имеют обширную географическую протяженность, третьи экономичнее при развертывании. Если Вы будете заниматься этой архитектурой, то, скорее всего, столкнетесь со следующими терминами.

• Толстый (thicknet) и тонкий (thinner) Ethernet различаются толщиной коаксиального кабеля, связывающего узлы сети (1 см и 0,5 см соответственно).

• 10BaseX. Среди прочего, топологии для скорости передачи 10 Мбит/с различаются типом передачи данных, видом кабелей и дальностью передачи. Например, стандартный Ethernet часто обозначается 10Base5, что расшифровывается как передача со скоростью 10 Мбит/с, без модуляции, по не более чем пяти кабельным сегментам длиной до 100 м. Другой вариант — 10Base2, характеризуется скоростью 10 Мбит/с, отсутствием модуляции и дальностью 200 м (два сегмента по 100 м). 10Base2 дешевле 10Base5, но поддерживает меньшее число узлов.

• 100BaseX или Fast (быстрый) Ethernet обеспечивает скорость передачи 100 Мбит/с без модуляции по разным типам телефонных или волоконно-оптических кабелей (отсюда символ X в названии).

• Без модуляции и с модуляцией — Ethernet способен поддерживать оба типа передачи. В новых сетях Ethernet, отвечающих спецификации IEEE 802.3, скорее всего, будет применяться передача с модуляцией.

Token Ring. Архитектура Token Ring уже упоминалась в этой главе как пример топологии, где узлы используют пакет-маркер для проверки возможности передачи. В разговоре о локальных сетях на базе ПК под Token Ring почти всегда понимают реализацию, созданную корпорацией IBM в 80-х годах с целью обеспечить подключение ПК, миникомпьютеров и мэйнфреймов на основе стандарта Systems Network Architecture (SNA). Token Ring при этом действует как сеть без модуляции со скоростью передачи 4 или 16 Мбит/с и, естественно, основана на пересылке маркера для открытия доступа к сети. Эта реализация послужила основой стандарта IEEE 802.5.

В то время как в исходной структуре маркерного кольца узлы связываются кабелями, образуя круг, версия IBM несколько сложнее. Группы узлов соединяются кабелями по звездообразной схеме с концентратором — модулем множественного доступа (Multistation Access Unit, MAU) в центре. Кольцо, по которому путешествует маркер, является логическим, а не физическим — оно существует, если можно так выразиться, лишь в «мозгу» концентратора, который и пересылает маркер от узла к узлу. Итак, маркер движется по кругу, но через концентратор, а не по реальному кольцевому кабелю.

Каждый концентратор в сети Token Ring может поддерживать до восьми узлов, однако это не значит, что число узлов сети Token Ring не превышает восьми. В зависимости от типа применяемого кабеля можно соединять до 33 концентраторов, каждый из которых подключен к набору узлов, так что одно кольцо может объединить до 260 компьютеров. Однако не следует забывать, что при соединении нескольких концентраторов нужно соблюдать кольцевую топологию.