Сетевые технологии

      стоимость своих электрических «собратьев», при более низкой скорости передачи данных. Для подключения компьютеров используются сетевые адаптеры с PCI интерфейсом (на рис. 20 слева) и с USB интерфейсом (на рис. 20 справа). Беспроводной доступ может быть организован и с помощью обычных сетевых адаптеров, но в этом случае сетевой адаптер должен быть подключен к радиоприёмнику/передатчику (точке беспроводного доступа). Один из вариантов исполнения точки беспроводного доступа приведен на рисунке 21. Подключение сетевой платы к радиоточке выполняется с помощью стандартного соединительного шнура (рис. 19 слева). Кроме того, точка доступа исполняет роль центра беспроводной сети при объединении более двух компьютеров в беспроводную сеть. В таком случае она подключается к компьютеру, играющему в данной сети главенствующую роль – серверу. Либо при подключении точки доступа через маршрутизатор к проводной сети, вы получаете возможность обмениваться информацией со стационарными компьютерами.

      Технология WDS, позволяет одновременно подключать беспроводных клиентов, к точкам, работающим в режиме Bridge (мост точка-точка) и Multipoint Bridge (мост точка-много точек). Однако скорость передачи данных у беспроводных клиентов, в таком режиме будет порядка 1/3 от скорости передачи данных между точками доступа. В режиме Infrastructure Mode (он же – режим клиент/сервер) беспроводная сеть состоит из, как минимум, одной точки доступа, подключенной к проводной сети, и некоторого набора беспроводных оконечных станций. Такая конфигурация носит название базового набора служб (Basic Service Set, BSS). В режиме «Ad-hoc» каждое устройство или станция могут связываться непосредственно друг с другом, без использования точки доступа. Режим «Ad-hoc» называют также «режим равный-с-равным» (peer-to-peer) или Independent Basic Service Set (IBSS – независимый базовый набор служб).

      Наиболее  распространённый стандарт для беспроводных локальных сетей (WLAN – wireless Local Area Network) был принят организацией IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers – институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике) в качестве спецификации 802.11. Данная спецификация определяет правила обмена информацией для абонентов, подобные правилам, принятым в сетях Ethernet, с небольшими модификациями.

      Стандартный комплект Wi-Fi состоит из так называемой базы (Wireless Access Point) и набора одинаковых компьютерных плат (Wi-Fi карт) (см. рис. 20). Одновременно к базе может быть подключено несколько десятков и даже сотен компьютеров. Основное ограничение – расстояние между ними и базой не должно превышать 300 м. Скорость обмена информацией – до 100 Мбит/сек.

      По  аналогичной схеме функционирует  и новая разработка в данной области, называемая Wi-Max. В ней используется стандарт 802.16, а объявленная дальность действия – 50 км.

      Базы Wi-Fi являются многофункциональными устройствами, позволяющими, в том числе, строить «мосты» между двумя такими устройствами. В условиях прямой видимости работоспособность такого канала, по утверждению специалистов фирмы D-Link, сохраняется на расстоянии до 200 и более км. Пропускная способность канала с расстоянием уменьшается, но при расстоянии в 50 км гарантированы не менее 8-10 Мбит/сек (заявлены 20 Мбит/сек).

      Для работы беспроводных сетей выделены пять диапазонов радиочастот:

• 915 МГц;
• 2400-2425 МГц;
• 2414-2440 МГц;
• 2429-2455 МГц;
• 2443-2470 МГц.

      Первый  диапазон требует обязательного  лицензирования. Что касается диапазона 2,4 ГГц, то в России в соответствии с решением Государственного комитета по радиочастотам (ГКРЧ) от 29 июня 1998 г. № 7/6 для пользователей систем, работающих с шумоподобным радиосигналом в диапазоне 2,4 ГГц, специального разрешения не требуется.

      ГЛАВА 3. АДРЕСАЦИЯ КОМПЬЮТЕРОВ  В СЕТИ И ОСНОВНЫЕ СЕТЕВЫЕ ПРОТОКОЛЫ

      В любой физической конфигурации поддержка  доступа от одного компьютера к другому выполняется специальной программой – сетевой операционной системой (ОС), которая по отношению к ОС отдельных компьютеров является главенствующей. Для современных высокоразвитых ОС персональных компьютеров характерно наличие встроенных сетевых возможностей (характерный пример, Windows XP). В ЛВС данные передаются от одного компьютера к другому блоками, которые называют пакетами данных (дейтаграммами).

      Процесс передачи данных по сети определяют шесть  компонент:

• компьютер-источник;
• блок протокола;
• передатчик;
• физическая кабельная сеть;
• приемник;
• компьютер-адресат.

      Компьютер-источник может быть рабочей станцией, файл-сервером, шлюзом или 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 сигнал через физическую кабельную (или радио) сеть. Приемник распознает и принимает сигнал, передающийся по сети, и направляет его для преобразования в блок протокола.

      Цикл  передачи данных начинается с компьютера-источника, передающего исходные данные в блок протокола. Блок протокола организует данные в пакет передачи, содержащий соответствующий запрос к обслуживающим устройствам, информацию по обработке запроса (включая адрес получателя) и исходные данные для передачи. Пакет затем направляется в передатчик для преобразования в сигнал, передаваемый по сети. Пакет распространяется по сетевому кабелю пока не попадает в приемник, где перекодируется в данные. Здесь управление переходит к блоку протокола, который проверяет данные на сбойность, передает «квитанцию» о приеме пакета источнику, переформировывает пакеты и передает их в компьютер-адресат. В ходе процесса передачи блок протокола управляет логикой передачи по сети через схему доступа.

      Каждая  сетевая ОС использует определенную стратегию доступа от одного компьютера к другому.

      Станция, передающая пакет данных, обычно указывает  в его заголовке адрес назначения данных и свой собственный адрес. Пакеты могут передаваться между рабочими станциями без подтверждения – это тип связи на уровне дейтаграмм. Проверка правильности передачи пакетов в этом случае выполняется сетевой ОС, которая может сама посылать пакеты, подтверждающие правильную передачу данных. Важное преимущество дейтаграмм – возможность посылки пакетов сразу всем станциям в сети. Т.о. для успешной пересылки данных адресату необходимо знать (и правильно указать) его адрес или групповой адрес. В современных сетях используются три типа адресов: физические, числовые и символьные.

      Каждый  сетевой адаптер и некоторое  другое сетевое оборудование (например, мосты и маршрутизаторы) имеет  уникальный цифровой аппаратный адрес (называемый физическим), который и используется для адресации в локальной сети. Такой адрес получил название MAC-адрес (MAC – Media Access Control - управление доступом к среде). MAC-адрес для сетей Ethernet имеет длину 6 байт. Структура MAC-адреса приведена далее.

      Тип адреса задается его первым байтом:

• 00h – уникальный адрес;
• 01-хх-хх-хх-хх-хх – групповой адрес. Идентификатором группы являются байты 2-6;
• 02h – адрес, заданный вручную;
• FF-FF-FF-FF-FF-FF – широковещательный адрес.

      Остальные байты задают адрес конкретного  сетевого адаптера. Уникальность адресации адаптеров обеспечивается специальным соглашением, по которому каждому производителю аппаратуры выделяется свое значение (одно или несколько) кода (Manufactorer Id) – байты 2-3 (иногда к коду производителя относят и первый байт, имеющий нулевое значение). Байты 4-6 заполняются изготовителем – на нем лежит ответственность за их уникальность (эта информация может рассматриваться как серийный номер платы). Случаются и конфузы, когда незадачливые «подпольные» производители снабжают свои изделия одинаковыми адресами – больше одного такого устройства в одной локальной сети работать не будет. Ряд моделей адаптеров (в комплекте с драйверами) позволяет задавать МАС-адрес узла и произвольно, но в этом случае ответственность за уникальность адресации ложится на администратора. Признаком «ручного» задания адреса должна быть единица во втором справа разряде первого байта адреса (02-хх-хх-хх-хх-хх).

      Использование числовых адресов связано с работой  соответствующих протоколов. Рассмотрим числовую адресацию на примере протокола  TCP/IP.

      Одним из основных протоколов, обеспечивающих доставку информации от источника к адресату и «сборку» из отдельных фрагментов в единое целое является протокол TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol – протокол управления передачей/протокол Internet). Фактически это два различных протокола тесно взаимодействующих между собой и органично дополняющих друг друга.

      При работе в ЛВС источником данных является программа. Именно программа пытается передать данные другой программе, установленной  на компьютере-приёмнике. В этом случае передаваемые данные «подхватывает» протокол TCP и подготавливает для передачи. В упрощенном виде подготовка заключается в разбивке данных на сегменты, к каждому из которых «дописывается» заголовок. В заголовке содержится присвоенный каждому сегменту порядковый номер, размер сегмента данных, контрольная сумма (для контроля правильности передачи информации) и ряд других параметров.

      После протокола TCP в работу включается протокол IP. Он разбивает сегмент, сформированный протоколом TCP на дейтаграммы, оформленные в соответствии с требованиями той сетевой технологии (например, Ethernet) в рамках которой выполняется обмен данными. К каждой дейтаграмме протокол IP добавляет свой заголовок. В заголовке указывается идентификатор дейтаграммы, IP-адрес отправителя, IP-адрес получателя, контрольная сумма, длина дейтаграммы и ряд других параметров.

      В настоящее время распространена форма задания префикса в виде маски сети. Маска представляет собой 32-битное число, которое формируется подобно IP-адресу, у которого старшие биты, в IP-адресе указывающие номер сети, имеют единичное значение, младшие (в IP-адресе указывающие номер компьютера) – нулевые. Слева от ненулевого байта маски могут быть только значения 255 (все единицы в двоичном представлении числа), правее байта, значение которого меньше 255, – только нули.

      Деление на сети носит административный характер – адреса сетей, входящих в глобальную сеть Интернет, распределяются централизованно организацией Internet NIC (Internet Network Information Center). Деление сетей на подсети может осуществляться владельцем адреса сети произвольно. При использовании масок техническая грань между сетями и подсетями практически стирается. Для частных сетей, не связанных маршрутизаторами с глобальной сетью, выделены специальные адреса сетей:

      Класс А: 10.0.0.0 (1 сеть).

      Класс В: 172.16.0.0-172.31.0.0 (16 сетей).

      Класс С: 192.168.0.0-192.168.255.0 (256 сетей).

      В большинстве ЛВС используются адреса класса С. Чаще всего это адрес 192.168.0.0. Используемая маска определяет количество компьютеров в сети. В табл. 3 показана взаимосвязь маски сети и максимально возможного количества узлов в сети класса С для соответствующей маски.

      IP-адреса  и маски назначаются узлам  при их конфигурировании вручную (системным администратором) или автоматически. Для автоматического распределения IP-адресов чаще всего используют DHCP-сервер. Ручное назначение адресов требует внимания – неправильное назначение адресов и масок приводит к невозможности связи по IP. С точки зрения защиты от несанкционированного доступа ручное назначение адресов имеет свои преимущества.

      DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) – протокол, обеспечивающий автоматическое динамическое назначение IP-адресов и масок подсетей для узлов-клиентов DHCP-сервера. Адреса вновь подключающимся к сети узлам назначаются автоматически из области адресов (пула), выделенных DHCP-серверу, По окончании работы узла его адрес возвращается в пул и в дальнейшем может назначаться для другого узла. Применение DHCP облегчает работу с IP-адресами для узлов и может снимать проблему дефицита IP-адресов (не все клиенты одновременно работают в сети).

      Символьные адреса или имена легче запоминаются людьми, потому что обычно несут функциональную (смысловую) нагрузку. В символьных именах крайне нежелательно использовать символы, не входящие в группу символов латиницы для английского языка. Для локальных сетей символьное имя может иметь краткую форму. Например: A502c11, что может означать – «аудитория 502 компьютер №11». Для работы в крупных сетях символьное имя обычно имеет сложную иерархическую структуру, например www.mustek.com. Крайний справа элемент «com» – имя домена верхнего уровня, которое известно во всей глобальной сети Интернет. В качестве домена может выступать ЛВС либо ГВС, состоящая из многих ЛВС. Имя домена верхнего уровня определяется по территориальному (ru – Россия, su – бывший СССР, usa – США, uk – Англия и т.п.) или организационному (com – коммерческая организация, org – некоммерческая организация, edu – образовательная, gov – государственная США и т.п.) принципу. Имя домена верхнего уровня регистрируется в организации Internet NIC (http://www.intemic.net). Каждый домен верхнего уровня может содержать произвольное число узлов и дочерних доменов, каждый из узлов и доменов имеет свое символическое имя, присоединяемое слева через точку к имени родительского домена.