Проетирование и внедрение компьютерных сетей

Введение

На основе реальных ситуаций и примеров из жизни книга "Проектирование и внедрение компьютерных сетей. Учебный курс" позволит вам разобраться как с базовыми, так и с более сложными концепциями, применяемыми при создании компьютерных сетей. Вы познакомитесь с этими концепциями на практике, используя сетевые устройства и современные операционные системы Windows 2000 (Professional и Server), Windows XP Professional и Red Hat Linux 1.x. Чтобы процесс обучения был более эффективным, во всех главах книги имеется дидактический материал, позволяющий закрепить теоретический материал и проверить его в реальных условиях.

Книга содержит:

•подробные пошаговые инструкции по использованию сетевых устройств и конфигурированию сетевых возможностей операционных систем Windows 2000 (Professional и Server), Windows XP Professional и Red Hat Linux 7.x;

•обширный материал в конце главы (резюме, вопросы для повторения, учебные задачи и дополнительные задачи для групповой работы), позволяющий закрепить полученную информацию и поупражняться в ее практическом использовании;

•многочисленные блок-схемы и копии экранов для визуального представления излагаемого материала и практических заданий.

Для кого эта книга

Книга предназначена для заинтересованных людей и профессионалов в области информационных систем, желающих более подробно узнать о сетевых технологиях, в том числе о конфигурировании современных операционных систем и устройств для работы в сетях. В книге глубоко рассматриваются все сетевые концепции, включая протоколы, технологии локальных и глобальных сетей, методы реализации таких сетей в реальной жизни, телекоммуникационные системы, беспроводные сети и другие внедряемые технологии.

Структуракниги

Изложение материала в книге сбалансировано, и каждая глава строится на приемах и знаниях, полученных в предыдущих главах. Ниже кратко описано содержание каждой главы.

Глава 1, "Обзор локальных и глобальных сетей", содержит базовые сведения о различных типах сетей, в ней рассматривается история развития локальных и глобальных сетей. Также вы познакомитесь с основными принципами интеграции сетевых протоколов и узнаете о подготовительных этапах проектирования сети.

В главе 2, "Взаимодействие локальных и глобальных сетей", описывается модель Open Systems Interconnection (OSI), которая является основой для] многих сетей и сетевых устройств. Также вы узнаете о топологиях локальных и глобальных сетей и методах передачи информации.

Глава 3, "Методы передачи физического сигнала", познакомит вас с коммуникационными средами и кабелями, а также со стандартами, описывающим* методы их применения. Рассматриваются высокоскоростные технологии использованием витой пары и оптоволокна, а также типы линий для построения глобальных сетей.

В главе 4, "Сетевое передающее оборудование", подробно описываются типы сетевых устройств, используемых в локальных и глобальных сетях: сетевые интерфейсы, повторители, модули множественного доступа, концентраторы мосты, маршрутизаторы, мосты-маршрутизаторы, коммутаторы, шлюзы мультиплексоры, группы каналов, модемы, серверы доступа и другие устройства. По мере знакомства с этими устройствами вы узнаете также и том, как их применять в реальных условиях.

Глава 5, "Протоколы локальных сетей", содержит исчерпывающее описание распространенных протоколов локальных сетей, включая IPX/SPX, NetBEUl AppleTalk,

TCP/IP, SNA, DLC и DNA. Каждый протокол рассматривается связи с той компьютерной операционной системой, в которой он применяется, поэтому вы получите реальное представление о том, как и почему конкретный протокол используется в сети. Также вы узнаете о методах повышения производительности сети с помощью правильного выбора протоколов.

В главе 6, "Прошлое, настоящее и будущее протокола TCP/IP", используются сведения, полученные в главе 5, однако эта глава целиком посвящена распространенному протоколу TCP/IP. В главе подробно описаны протоколы TCP, UDP и IP, а также IPадресация. Вы познакомитесь с протоколами IPv4 и IPv6, а также со многими прикладными протоколами, входящими в стек TCP/IP.

Глава 7, "Методы передачи данных в глобальных сетях", познакомит вас с наиболее распространенными технологиями, используемыми в сетевых коммуникациях при большой удаленности узлов. В числе этих технологий Х.25Ц frame relay, ISDN, SMDS, DSL, SONET и региональные сети Ethernet. Так же вы узнаете о способах использования протоколов глобальных сетей SLIP, РРР и SS7.

Глава 8, "Технологии ATM", подробно рассказывает о технологии Asynchronous Transfer Mode (ATM), применяемой в локальных и глобальных сетях. Вы познакомитесь со структурой ATM-ячейки, многоуровневых коммуникациях ATM, методах проектирования ATM-сетей и способах использования этой технологии в локальных и глобальных сетях.

Вглаве 9, "Технологии беспроводных сетей", вы познакомитесь с несколькими технологиями беспроводных локальных и глобальных сетей, а также с областями их применения. Вы узнаете о стандарте беспроводных сетей 802.11 и о спецификациях Bluetooth, HiperLAN и HomeRF Shared Wireless Access Protocol. Также в главе рассказывается о сетях, использующих инфракрасное излучение, волны СВЧ-диапазона и спутники Земли.

Вглаве 10, "Совместная передача речи, видеоизображений и данных", рассматриваются сети, в которых сочетаются технологии передачи речи, видеоизображений и данных. Вы узнаете о мультимедийных приложениях и о том, как создавать сети, в которых они могли бы работать. В главе имеется раздел, посвященный спецификации Voice over IP (передача речи по IP-сети). Так же рассказывается о том, как подготовить сети для перспективных мультимедийных приложений.

Глава 11, "Базовые принципы проектирования локальных и глобальных сетей", суммирует весь материал, изложенный в предыдущих главах, и показывает, как реализовать приобретенные знания при проектировании и реализации локальных и глобальных сетей. Также уделяется внимание структурированным кабельным системам и сетям на их основе.

Помимо перечисленных глав, в книге имеются Список аббревиатур, Глоссарий и Предметный указатель.

Особенности книги

Для того чтобы процесс обучения был более успешным, в книге имеются специальные дидактические элементы.

¾Назначение главы. Каждая глава в книге начинается с подробного списка тем, которым посвящена эта глава. Этот список позволяет быстро ознакомиться с содержанием главы, а также с целями, поставленными перед учащимися.

¾Иллюстрации, копии экранов и таблицы. Блок-схемы сетей, копии экранов и поясняющие иллюстрации позволяют визуально представить теоретические вопросы, концепции и принципы проектирования. Помимо этого, многие сравнительные таблицы подробно представляют как практическую, так и теоретическую информацию. Их можно также использовать для быстрого повторения материала.

¾Практические задания. Для закрепления полученной информации о локальных и глобальных сетях лучше всего практически поработать с сетевыми устройствами и сетевыми операционными системами, а также создать собственные блок-схемы сети. В каждой главе имеется множество практических заданий для экспериментальной проверки полученной информации. Эти задания содержат различные упражнения, которые можно

выполнять в любое время или использовать для построения более сложных учебных проектов.

¾Дополнительный материал к главе. Для закрепления материала в конце каждой главы имеютсяследующиеразделы:

•резюме – список, содержащий краткое, но достаточно полное изложение всех тем, раскрытых в главе, который можно использовать как учебныйсправочник;

•основные термины – важные термины, встречавшиеся в главе и собранные в одном месте для быстрого просмотра и запоминания;

•вопросы для повторения – список вопросов, позволяющих проверить понимание наиболее важных концепций, рассмотренных в главе;

•учебные задачи – в каждом описанном случае вы выступаете как консультант, работающий в вымышленной компании, названной Network Design Consultants. Каждая задача содержит несколько требований и условий, которые позволят вам применить полученные знания в реальныхситуациях;

•дополнительные учебные задачи для групповой работы – эти задания позволят вам поработать в небольшой команде, собранной из учащихся для решения реальных задач или для глубокого изучения некоторой темы. Эти задания дают опыт работы в коллективе, т. е. в условиях которые обычно существуют во многих фирмах и корпорациях.

Графическиеобозначенияивыделениявтексте

Там, где это показалось уместным, в книгу были добавлены дополнительные данные и упражнения, помогающие лучше понять материал глав. Служебные значки оповещают читателя о появлении в тексте дополнительной информации. Назначение этихзначковобъясняетсяниже.

Примечание – Дополнительная полезная информация, относящаяся к описываемой теме.

Совет – Рекомендации, основанные на опыте авторов и снабжающие читателя дополнительными сведениями о способах решения конкретных проблем или советами, помогающими ориентироваться вреальныхситуациях.

Все новые термины (которые также включены в глоссарий) выделяются в тексте.

Прочтите, преждечем начинатьчитать

Поскольку ваш учебный класс может быть оборудован разными операционными системами, в

книге имеются практические задания для Windows 2000 Professional, Windows 2000 Server, Windows XP Professional и Red Hat Linux 7.x. Вы можете использовать эти операционные системы

влюбых сочетаниях. Интерфейсы для этих систем нужно настроить следующим образом:

¾в Windows 2000 (Professional и Server) работайте с графическим пользовательским интерфейсом, заданным по умолчанию;

¾для Windows XP Professional используйте новый графический интерфейс (стиль) Windows XP, а на панели управления — вид Category View (По категориям) (не применяйте стиль

Windows Classical и вид панели управления Classic View);

¾в Red Hat Linux 7.x используйте рабочий стол X Window GNOME.

Во многих практических заданиях предусмотрены развернутые ответы на вопросы, поэтому авторы рекомендуют учащимся завести лабораторный журнал или текстовый файл, в который будут заноситься эти ответы или полученные сведения. Периодически преподаватели могут интересоваться успехами учащихся и просматривать записи в журналах или файлах.

Помимо упомянутых операционных систем, для выполнения практических заданий требуются следующие компоненты, программы и оборудование:

¾ лаборатория с компьютерами, объединенными в сеть;

¾рабочие станции, имеющие веб-браузеры для доступа к Интернету;

¾графические пакеты (например, VISIO, Smart Draw, AutoCAD или Microsoft Paint);

¾сеть Ethernet или Token Ring, в которой можно изучать устройства и способы их использования;

¾сеть на базе протокола TCP/IP;

¾сетевой концентратор или коммутатор и сетевой кабель;

¾образцы "тонкого" коаксиального кабеля, витой пары и оптоволоконного кабеля;

¾компоненты и материалы, из которых изготавливаются кабели на основе витой пары и коаксиальные кабели (установите на кабели коннекторы);

¾примеры различных сетевых устройств для изучения (или возможность увидеть такие устройства на экскурсии);

¾доступ к сети кампуса или местной компании, которая имеет соединения с глобальными сетями.

Благодарности

Написание книги является весьма увлекательным занятием, поскольку позволяет поработать со многими замечательными людьми. Мы благодарны Уилу Питкину, редактору по работе с авторами, за его интерес и предложение о выпуске второго издания этой книги. Лора Хильдебранд, управляющая выпуском, сопровождала процесс создания этой книги от начала до конца и приложила значительные усилия и свой опыт, превратив авторский текст в законченный переплетенный том. Джил Батистик, наш научный редактор, внесла неоценимый вклад по переработке исходного материала В; организованный и хорошо понятный текст. Кроме того, она поддерживала нас и дала множество ценных советов. И, наконец, мы благодарим Дейва Джорджа, который любезно замещал Джил Батистик во время ее отпуска.

Приносим наши благодарности рецензентам Энди Уиверу и Келли Каудл, а также выпускающим редакторам Бруку Буту и Мелисе Панагос. Возглавляемая Николь Эштон группа по качеству в составе Криса Шривера и Кристиана Кунчив обеспечила качественную проверку текста и практических заданий.

Посвящение

Я посвящаю эту книгу Эдварду Палмеру — замечательному брату, другу человеку.

Майкл Палмер

Глава1

Обзорлокальныхиглобальныхсетей

По прочтении этой главы и после выполнения практических заданий вы сможете:

¾разбираться в определениях и идентифицировать различные типы сетей;

¾рассказать об истории развития локальных и глобальных сетей;

¾обсуждать вопросы интеграции локальных и глобальных сетей, включая основные принципы работы мостов, маршрутизаторов, шлюзов и коммутаторов;

¾описать методы интеграции сетевых протоколов;

¾рассказать о предварительных этапах процесса проектирования сети.

Компьютерные информационные сети играют в нашей жизни самые разные роли, позволяя решать как бытовые задачи, так и серьезные проблемы. Каждый день с их помощью мы можем обмениваться сообщениями электронной почты, узнавать последние новости, скачивать программное обеспечение и совершать коммерческие операции. В более ответственных случаях с помощью сетей можно находить жизненно важную информацию, например, необходимую для медиков, спасателей или транспортных служб, а также оперативно передавать срочные и нужные документы.

Задачи общения людей и идеи информационных сетей отражают многовековую потребность людей в средствах коммуникации. В VII веке до нашей эры древние греки использовали прирученных голубей для организации простейшей службы доставки сообщений. Спустя много лет, в 1819 году, Ханс Эрстед (Hans Oersted) обнаружил, что проволока, через которую пропускается электрический ток, отклоняет намагниченную стрелку, что послужило основой для создания сетей проволочного телеграфа. В настоящее время компьютерные информационные сети доступны миллионам людей, находящимся в разных уголках нашей планеты.

В этой главе вы познакомитесь с основными сетевыми терминами и концепциями, используемыми в книге. Также вы узнаете об истории возникновения и эволюции технологий локальных и глобальных сетей. И, наконец, в главе будет рассказано о способах объединения информационных сетей малого и большого радиуса действия, а также о подходах к проектированию сетей.

Видысетей. Основныепонятия

Простейшей "сетью" является речевой обмен, при котором слова передаются от одного человека к другому. Этой "технологией" люди овладевают сразу же, как только начинают говорить. Другим типом сетей, с которым люди знакомятся с детского возраста, является телефон. Два телефона отделяют друг от друга многие километры провода и разнообразное коммуникационное оборудование. Телефонные линии, связывающие дома и города, легко увидеть вдоль улиц и дорог, в то время как сотовые телефоны могут взаимодействовать через спутниковые сети.

По сути, компьютерные сети представляют собой более сложный случай тех элементов, которые лежат в основе речевых и телефонных коммуникаций. Как и при речевом диалоге, компьютерная сеть передает информацию от одного человека (или группы людей) другому. Помимо этого, как и телефонные системы, для передачи информации от одного узла к другому компьютерные сети используют коммуникационный кабель и радиоволны, при) этом специальное оборудование между узлами обеспечивает гарантированную доставку каждого сообщения.

Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров, устройств печати, сетевых устройств и компьютерных программ, связанных между собой кабелями или радиоволнами. Большинство первых сетей передавали данные по медному проводу, а сегодня они могут обеспечивать обмен данными, речевыми и видеосигналами, используя провода, оптоволоконную среду, радио и УКВволны, что проиллюстрировано на рис. 1.1. Компьютерные сети развиваются со скоростью света, если сравнивать их с другими коммуникационными технологиями, такими как радио, телевидение и телефония.

Компьютерные сети, обычно классифицируемые по их радиусу действия и сложности, делятся на три группы: локальные сети, региональные сети и глобальные сети (рис. 1.2). На одном конце этой классификации находятся локальные сети (local area network, LAN), состоящие из связанных между собой компьютеров, принтеров и другого компьютерного оборудованиям причем все эти устройства совместно используют аппаратные и программные ресурсы, расположенные на небольшом удалении друг от друга. Радиус действия (область обслуживания) локальной сети может представлять небольшой офис, этаж здания или все здание целиком. Примером такой сети может служить химический факультет университета, в котором компьютеры, расположенные в офисах и лабораториях, соединеныкоммуникационным кабелем, как показано на рис. 1.3.

Региональная, или городская сеть (metropolitan area network, MAN) имеет большую область обслуживания, чем локальная сеть, и обычно в ней для обеспечения передачи данных на средние расстояния используется более сложное сетевое оборудование. Региональная сеть объединяет несколько локальных сетей, находящихся в большом городе или некотором регионе, и обычно простирается на расстояния не более 40-50 километров. Например, описанная выше локальная сеть химического факультета университета может быть связана с локальной сетью исследовательской клиники и сетью фармацевтической компании, расположенной в том же городе, что в совокупности составляет региональную сеть, показанную на рис. 1.4. Отдельные локальные сети, образующие региональную сеть, могут принадлежать как одной организации, так и нескольким различным организациям. Высокоскоростные каналы между локальными сетями в составерегиональнойсетиобычно выполняются с использованием оптоволоконных соединений.

Глобальная сеть (wide area network, WAN) представляет собой наивысший уровень в классификации сетей, поскольку она является крупномасштабной системой сетей, образующих единое целое со сложной структурой. Глобальная сеть образуется из нескольких локальных (или региональных) сетей, охватывающих расстояния свыше 40-50 километров. В состав крупных глобальных сетей могут входить множестволокальныхирегиональныхсетей, находящихся на разных континентах.

Совет

Примером простейшей глобальной сети может служить модемное подключение к поставщику сетевых услуг по обычным телефонным линиям. Более сложная глобальная сеть – спутниковый мост между локальными сетями, расположенными в разных странах. Самой известной всемирной глобальной сетью является Интернет, состоящий из тысяч локальных и региональных сетей, связанных между собой с помощью разнообразных технологий глобальных коммуникаций.

Помимо рассмотренной классификации сетей, существует еще один тип – корпоративная сеть. Подобные сети объединяют различных пользователей в пределах одной или нескольких организаций и предоставляют им множество ресурсов. Несмотря на то, что большую локальную сеть можно рассматривать как корпоративную, все же корпоративная сеть обычно состоит из нескольких локальных сетей, образующих региональную или глобальную сеть.

Одной из главных характеристик корпоративной сети является наличие разных ресурсов, позволяющих пользователям решать офисные, исследовательские и образовательные задачи. Примером корпоративной сети может служить университет, объединяющий в своем составе самые различные службы, представленные на рис. 1.5, и имеющий в локальной сети множество различных компьютеров и устройств печати. В практическом задании 1-1 вы познакомитесь с ресурсами, имеющимися в корпоративной сети университетского кампуса.

Определение типа сети

Иногда различия между локальными, региональными и глобальными сетями (или границы между рабочей группой или корпоративной сетью) являются размытыми, бывает трудно определить, где заканчивается одна сеть и начинается другая. Однако тип сети чаще всего можно определить по результатам анализа следующих четырех сетевых характеристик:

¾коммуникационная среда;

¾протокол;

¾топология;

¾тип использования сети (частная или общедоступная).