Устройства для работы с сетями

Министерство образования и науки Украины

Луганская Академия Культуры и Искусств

Реферат

На тему: "Устройства для работы с сетями".

                                     Выполнил студент группы ОМК 1.1 Болтенков Аркадий

                                     Преподователь                   Кравцой Алексей Николаевич

Луганск 2013

 Сеть передачи данных

Сеть передачи данных - это  совокупность различного программно-аппаратного  оборудования, соединенного каналами связи. Сеть предназначена для передачи данных. Данными может быть любая  информация: текст, изображение, голос, видео и т.д.

Оборудование, используемое в сети можно разделить на три  категории:  1) Клиентское оборудование (Клиент) - рабочая станция (персональный компьютер), ноутбук, телефон, телевизор... Т.е. любое устройство, которое может сформировать по команде пользователя или автоматически, запрос на получение информации из сети, получить ответ на свой запрос и отобразить полученную информацию в вид, доступный для потребителя информации.

2) Серверное оборудование (Серверы) - это своего рода хранилища данных, которые получают запросы от Клиентов на получение нужной им информации, формируют и отправляют Клиентам ответы на их запросы или передают информацию другим Серверам для хранения или для передачи другим Клиентам.

3) Сетевое Оборудование - оборудование, которое обеспечивает передачу информации по сети между Клиентами и Серверами, и собственно сами каналы связи.

Технология клиент-сервер

В общем случае сеть работает так:

Клиент готовит запрос на какой-нибудь Сервер - "Дай мне  такую-то информацию" и передает его Cетевому Оборудованию. Сетевое Оборудование обеспечивает доставку по сети этого запроса до указанного Сервера. Сервер, получив запрос, готовит на него ответ и затем отправляет его Клиенту. Клиент, получив ответ, преобразует его в вид, доступный конечному пользователю. Такой механизм обмена информацией называется "технологией клиент-сервер".

При работе по технологии клиент-сервер Клиент является инициатором передачи данных и может сделать запрос когда ему вздумается. В перерывах  между запросами Клиент может  быть вообще выключенным.

Сервер же, напротив, должен быть включен всегда и должен постоянно "слушать" сеть - нет ли для него нового запроса от какого-нибудь Клиента.

Пакетная передача данных

Сеть Интернет относится  к сетям пакетной передачи данных. Вся информация в сети передается исключительно небольшими порциями - пакетами. Любой Клиент и любой  Сервер умеют преобразовывать поток  передаваемой информации в набор  отдельных пакетов и "склеивать" полученные пакеты обратно в поток  информации. Обычно размер пакетов  в сети небольшой - от нескольких байт до нескольких килобайт.

Каждый пакет состоит  из заголовка и информационной части. Заголовок - это аналог почтового  конверта. В заголовке указывается  кому и от кого этот пакет передан - адрес отправителя пакета и адрес  получателя, а также иная служебная  информация, необходимая для успешной "склейки" пакетов получателем.

В информационной части - собственно сама передаваемая информация. Адреса отправителя/получателя в заголовке  пакета используется Сетевым Оборудованием  для определения - куда какой пакет  отправлять.

Применение пакетной передачи данных позволяет строить сеть таким  образом, что маршруты доставки от одной  точки сети до другой разных пакетов  информации могут проходить по разным физическим каналам связи и, меняться в зависимости от их работоспособности  или загрузки. Это значительно  увеличивает "живучесть" сети в  целом - даже если часть каналов связи  будут неработоспособными, информация все равно может быть доставлена по другим работающим каналам.

Принципы работы Сетевого Оборудования.

        Для объединения Клиентов и Серверов в сети между собой используется Сетевое Оборудование - модемы, коммутаторы, маршрутизаторы и каналы связи.

Модем ("модулятор-демодулятор") - это устройство, которое позволяет преобразовывать информацию из/в цифрового вида в/из аналоговые сигналы и передавать ее по каналам связи - медным проводам, оптике, радио и т.д.

Коммутатор (Switch или HUB) - позволяет передавать сетевые пакеты информации между устройствами, которые включены в него напрямую, как правило специальным медным кабелем обычно на небольшом (не более нескольких десятков метров) расстоянии от коммутатора. Коммутатор имеет достаточно большое количество интерфейсов (портов подключения) - до нескольких десятков, автоматически может обнаруживать какие устройства в него включены и сам определять какой пакет информации какому устройству передавать. Коммутаторы обычно применяются для организации локальных сетей по комнате или зданию и в принципе позволяют обмениваться информацией Клиентам и Серверам, к ним подключенным, даже без выхода в глобальную сеть.

Глобальная сеть - это фактически объединение локальных сетей между собой. А так как сеть Интернет сложная и многосвязная, то для выяснения маршрута доставки по сети для каждого конкретного пакета применяются специальные сетевые устройства - маршрутизаторы. Каждый маршрутизатор хранит так называемую "таблицу маршрутизации", в которой указано - пакеты для таких-то адресов - отправлять на такой-то интерфейс, а других - на такой-то, и, согласно этой таблице, маршрутизатор определяет какой пакет - куда отправить. Обычно маршрутизатор знает адреса своих ближайших соседей и сразу отправляет им пакеты, для них предназначенные. А все остальные - отправляет по т.н. default-маршруту (маршруту по умолчанию). Обычно им является "вышестоящий" маршрутизатор. Таблицы маршрутизации могут быть как статическими, т.е. постоянными и неизменными, так и динамическими, меняющимися по определенным правилам. Применение динамической маршрутизации значительно повышает "живучесть" сети, так как позволяет менять маршруты доставки пакетов в зависимости от исправности или перегрузки тех или иных каналов связи.

Что такое IP-адрес  и зачем он нужен

Для того, чтобы маршрутизаторы могли определять куда направлять каждый конкретный пакет информации, передаваемый по сети, в заголовке каждого пакета обязательно указывается адрес  отправителя и адрес получателя пакета. Адреcация в сети Интернет организована очень просто. Каждой точке подключения любого устройства к сети (интерфейсу), присваивается уникальный номер, который и называют – IP-адресом.  Необходимо подчеркнуть, что IP-адрес присваивается не устройству (компьютеру или маршрутизатору), а именно интерфейсу, поскольку многие устройства могут иметь несколько точек подключения к сети, а следовательно и несколько различных IP-адресов.

Компьютеры и маршрутизаторы «знают» свои IP-адреса, и адреса своих  «соседей в сети», а маршрутизаторы еще и могут определять с помощью  таблиц маршрутизации, куда направлять пакеты со всеми прочими IP-адресами.

Для программно-аппаратных устройств IP-адрес это просто целое  число для хранения которого выделяется ровно 4 байта памяти. Т.е. число в  диапазоне от 0 до 4294967295. Человеку запоминать такие громоздкие числа сложно. Поэтому  для наглядности, IP-адрес записывается в виде последовательности четырех чисел разделенных точками в диапазоне от 0.0.0.0 до 255.255.255.255. Каждое из этих четырех чисел соответствует значению отдельно каждого байта из тех четырех, в котором хранится все число.

IP-сети и маски  подсетей

Для обеспечения правильности работы маршрутизаторов и коммутаторов в сети, IP-адреса распределяются между  интерфейсами не произвольно, а, как  правило, группами, называемыми сетями или подсетями. Причем IP-адреса могут  группироваться в сети и подсети  только по строго определенным правилам.

Количество IP-адресов (размер) в любой подсети всегда должно быть кратно степени числа 2. То есть – 4, 8, 16, 32 и т.д. Других размеров подсетей быть не может. Причем, первым адресом  подсети должен быть такой адрес, последнее (из четырех) чисел которого должно делиться без остатка на размер сети.

При использовании любой IP-сети нужно всегда помнить, что  первый и последний адреса подсети  – служебные и использовать их в качестве IP-адресов интерфейсов нельзя. Для сокращения и упрощения описания подсетей, существует понятие «маска подсети». Маска указывает на размер подсети и может быть описана двумя вариантами записи – коротким и длинным.

Например, описать подсеть, размером 4 адреса, начинающейся с адреса 80.255.147.32 с помощью маски можно  следующими вариантами:

Короткий – 80.255.147.32/30

Длинный – сеть 80.255.147.32, маска 255.255.255.252

Не вдаваясь в особенности  двоичной арифметики, подробно объяснить  – что такое маска довольно сложно, но знакомые с бинарной математикой  могут разобраться в этом сами, а для большинства – это  не суть важно. Достаточно запомнить (или где-нибудь записать) простую табличку соответствия для масок подсетей:

«Динамические»  и «статические» IP-адреса.

Еще один способ экономии IP-адресов, используемый в основном провайдерами – применение т.н. динамически выделяемых IP-адресов. В идеальном случае каждое устройство в сети должно иметь постоянный (или «статический») IP-адрес. Но для  устройств, подключающихся к сети только иногда – время от времени (на «сеанс связи»), закреплять на ними постоянные адреса слишком расточительно.

Для большинства клиентов, подключающихся только на сеанс связи, совершенно безразлично, какой именно IP-адрес им будет выделен, поэтому  провайдеры обычно им выделяют т.н. «динамические» IP-адреса.

Суть приема заключается  в следующем. Провайдер заранее  выделяет некоторое количество адресов  для подключения клиентов на сеанс  связи. Причем общее количество таких  адресов обычно значительно меньше, чем общее количество клиентов. При  подключении очередного клиента, ему  выдается произвольный и на данный момент свободный IP-адрес из этого  зарезервированного списка и он у  провайдера помечается как «занятый». При отключении клиента, признак  заменяется на «свободный» и этот IP-адрес может быть выдан другому, вновь подключившемуся клиенту.

Если же клиенту важно, чтобы его IP-адрес был всегда один и тот же, то в этом случае провайдер  «закрепляет» конкретный IP-адрес за клиентом, т.е. – ему выделяется «статический» IP-адрес.

Такое подключение может  потребоваться клиентам, которые  со своих компьютеров обращаются к особым – защищенным ресурсам сети, владельцы которых установили ограничение на доступ к своим  ресурсам, или хотят его контролировать, для чего проверяют, а с какого IP-адреса произошло обращение к  ресурсу.

Например, если сотрудник  какой-либо организации подключается из дома к сети Интернет «на сеанс  связи» и хочет обращаться к компьютерам, установленным у него на работе. Как правило, в организациях строго контролируется доступ извне в сеть предприятия, но при наличии статического IP-адреса для этого адреса можно  сделать исключение. В случае динамического  адреса такое исключение сделать  нельзя, так как заранее неизвестно, какой именно IP-адрес получит  клиент после подключения.  «Домен» и «доменное имя»

IP-адрес точно идентифицирует  любое устройство, подключенное  к сети Интернет. Компьютерным  программам работать с ними  удобно, а вот людям – не  всегда... IP-адреса непросто запомнить,  да и понятной для человека  информации в IP-адресе не много.  Для облегчения людям работы  в сети придумана другая система идентификации устройств. Любому IP-адресу в сети можно присвоить какой-нибудь «словесный», более понятный для человека синоним, который называется «доменным именем» или просто «именем» устройства в сети.

Доменное имя – это последовательность из двух и более слов, разделенных точками. Слово, или как оно еще называется – домен может состоять из любой комбинации букв английского алфавита, цифр и знака «–» («минус» или «тире»). Другие символы в доменном имени использовать нельзя. Существуют две системы организации доменных имен – международная (национальная) и американская, однако, в последнее время обе эти системы используются по всему миру и стали практически равнозначными.

По международной системе  домен первого уровня должен состоять из двух символов – сокращения от названия страны, в которой зарегистрировано доменное имя. Например: .ru – Россия, .pl – Польша, .fr – Франция, .us –  США, .ua – Украина и т.д. Доменами второго и последующих уровней  могут быть любые допустимые комбинации символов.

По американской системе  домен первого уровня может состоять из трех или более символов, комбинация которых, показывает принадлежность организации, пользующейся этим доменом, к тому или  иному типу организации. Например: .com – коммерческая организация, .gov –  государственная структура, .edu –  образовательное учреждение, .mil –  военная организация и т.д. Доменами второго и последующих уровней  также могут быть любые допустимые комбинации символов. .

Простейшая схема  организации локальной IP-сети.

Современное сетевое оборудование и системное программное обеспечение  позволяют практически полностью  автоматизировать настройку оборудования в локальной сети при однородном программном обеспечении. Для этого  достаточно подключить все компьютеры к коммутатору и после минимальной  настройки, все они смогут передавать информацию друг другу. Но в этом случае будет создана локальная сеть, работающая по протоколам той операционной системы, под которой эти компьютеры работают, причем совсем не обязательно, что эта сеть будет IP-сетью, т.е. "кусочком" глобальной интернет-сети. IP-сеть была разработана еще и для того, чтобы можно было объединять между собой совершенно разнородные "программные среды". Сейчас практически все существующие ОС понимают и умеют работать с протоколами IP-сетей и поддерживают систему адресации, применяемую сети Интернет.

Рис. 1

На Рис. 1 приведен пример простейшей схемы локальной сети, причем не важно под какой "программной  средой" (Windows, Linux, MAC и т.п.). Для  настройки каждого из компьютеров  этой сети необходимо задать минимум  три параметра - IP-адрес, маску и  адрес шлюза.

Подключение к сети Интернет одного компьютера.

При подключении к Интернет одного компьютера обычно используют один из двух несколько различных вариантов  подключения: с выделением подсети  из четырех "белых" IP-адресов ("связной  четверки") или с выделением одного IP-адреса.

Первый вариант применяется  обычно в случае подключения к  сети по выделенным каналам связи  т.н. "корпоративных клиентов" - организаций, которые в дальнейшем предполагают подключать к сети более  одного компьютера. Схема такого включения приведена на Рис. 2

Рис. 2

Для пользователей - частных лиц, которые  редко подключают к сети более  одного компьютера, провайдеры чаще используют второй вариант - схему, приведенную  на Рис. 3. Эта принципиальная схема  позволяет выделять клиентам как  статические, так и динамические IP-адреса.

Рис. 3

Как известно, сети передачи данных предназначены для передачи информации.

Информация - особая сущность и измеряется она специфическими единицами.

Так как сеть передачи данных предназначена для передачи информации прежде всего между компьютерами, поэтому и методы ее измерения  ориентированы прежде всего на компьютер. А так как все компьютеры используют для своей работы так называемую "двоичную" систему исчисления (а не "десятичную", которой  обычно пользуются люди), то и измерение  объемов информации тоже ориентировано  на двоичную систему. В информатике существует понятие бит - это минимальный объем информации и он может иметь имеет два состояния: да - нет, истина - ложь, единица - ноль и т.д.

Компьютер обычно работает не с отдельными битами а с их группами. Группа, содержащая 8 бит, называется - байт. Поэтому объем информации обычно измеряется в количествах бит или байт. Чтобы избежать путаницы при сокращении наименований, буду далее обозначать маленькой русской буквой "б" или маленькой латинской "b" - "бит", а большими буквами "Б" или "B" - "байт".

В десятичном исчислении для  сокращения "количества нулей" при  записи больших чисел принято  использовать приставки "кило", "мега", "гига" (или сокращенно "к", "м", "г",) и т.д., которые  соответственно означают тысячу (1000), миллион (1000000) и миллиард (1000000000). В двоичной системе есть нечто подобное - "Кило", "Мега", "Гига" (или сокращенно "К", "М", "Г",) и т.д. Для того, чтобы не путать десятичные "кило, мега, гига, ..." с двоичными, двоичные - обычно пишутся с большой буквы. 1 Кб (Килобит) равен не тысяче бит, а 1024. Почему именно 1024, а не 1000? Все просто. Если записать число 1000 (десятичное) в двоичном виде, получится - 1111101000 Маловато нулей для сокращения записи... А вот число 1024 (десятичное) в двоичном виде - 10000000000. 10 нулей можно сократить. Соответственно 1 Мб будет равен 1024 Кб, 1 Гб равен 1024 Мб и т.д. Точно также и с байтами - 1 КБ равен 1024 Б и т.д.

Скорость передачи информации.

Будем называть скоростью  передачи информации количество информации, выраженное в битах или байтах, переданное в единицу времени. Скоростью  передачи информации может измеряется в битах в секунду - б/с, Килобитах  в секунду - Кб/с или Мегабитах  в секунду - Мб/с. Или в байтах в  секунду - Б/с, Килобайтах в секунду - КБ/с и т.д., соответственно.

Другое, очень схожее понятие, которое часто путают со скоростью  передачи информации - пропускная способность  канала. Измеряется она в тех же единицах, что и скорость, но если скорость передачи информации показывает - как быстро передается информация от источника к получателю безотносительно к тому как и по каким каналам эта информация передается, то пропускная способность канала показывает - как много информации можно передать по конкретному каналу передачи данных в единицу времени. Т.е. пропускная способность - это максимально возможная скорость передачи данных для конкретного канала.

В сетях передачи данных по одному каналу может одновременно передаваться информация от многих источников ко многим получателям и, в зависимости  от целого ряда факторов, скорость передачи информации для каждой конкретной пары источник-получатель может быть разной, а вот пропускная способность  для каждого канала величина, как  правило, постоянная. Сумма всех скоростей  передачи информации по конкретному  каналу не может быть больше чем  пропускная способность этого канала! Хотя в договорах и прайсах  большинства провайдеров указано, что клиенту предоставляется  такая-то скорость доступа к сети, но на самом деле, это не скорость, а пропускная способность канала.