Локальная вычислительная сеть. Признаки классификации сетей

y">выход из строя центрального устройства ведет  к остановке всей сети;

высокая стоимость центрального устройства;

уменьшение  производительности сети с увеличением  числа компьютеров, подключенных к  сети.

Топология "кольцо". Все компьютеры соединяются  друг с другом в кольцо. Здесь  пользователи сети равноправны. Информация по сети всегда передается в одном направлении. Кольцевая сеть требует специальных повторителей, которые, приняв информацию, передают ее дальше как бы по эстафете; копируют в свою память (буфер), если информация предназначается им; изменяют некоторые служебные разряды, если это им разрешено. Информацию из кольца удаляет тот узел, который ее послал.

Достоинства "кольца":

отсутствие  дорогого центрального устройства;

легкий  поиск неисправных узлов;

отсутствует проблема маршрутизации;

пропускная  способность сети разделяется между всеми пользователями, поэтому все пользователи гарантированно последовательно получают доступ к сети;

простота  контроля ошибок.

Недостатки "кольца":

трудно  включить в сеть новые компьютеры;

каждый  компьютер должен активно участвовать в пересылке информации, для этого нужны ресурсы, чтобы не было задержек в основной работе этих компьютеров;

время отклика в кольце зависит от числа  подключенных к нему станций - чем  их больше, тем длительнее задержка передаваемых данных;

в случае выхода из строя хотя бы одного компьютера или отрезка кабеля вся сеть парализуется. Однако большинство сетей, основанных на этой топологии, имеют средства автоматического восстановления работоспособности после отказа узла. Например, в сетях Token Ring и FDDI неисправная рабочая станция просто исключается из кольца, так что соседние с нею станции соединяются напрямую. В этих сетях предусмотрены также средства восстановления магистрального кабеля между концентраторами.

Топология "общая шина". Общая шина наиболее широко распространенна в локальных  вычислительных сетях. Топология "общая  шина" предполагает использование  одного кабеля (шины), к которому непосредственно  подключаются все компьютеры сети. В данном случае кабель используется всеми станциями по очереди, т.е. шину может захватить в один момент только одна станция. Доступ к сети (к кабелю) осуществляется путем состязания между пользователями. В сети принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать данные. Возникающие конфликты разрешаются соответствующими протоколами. Информация передается на все станции сразу.

Достоинства "обшей шины":

простота  построения сети;

сеть  легко расширяется;

эффективно  используется пропускная способность канала;

надежность  выше, т.к. выход из строя отдельных  компьютеров не нарушит работоспособности  сети в целом.

Недостатки "общей шины":

ограниченная  длина шины;

нет автоматического  подтверждения приема сообщений;

возможность возникновения столкновений (коллизий) на шине, когда пытаются передать информацию сразу несколько станций;

низкая  защита данных;

выход из строя какого-либо отрезка кабеля ведет к нарушению работоспособности  сети;

трудность нахождения места обрыва.

Топология "дерево". Эта структура позволяет объединить несколько сетей, в том числе с различными топологиями или разбить одну большую сеть на ряд подсетей.

Разбиение на сегменты позволит выделить подсети, в пределах которых идет интенсивный  обмен между станциями, разделить потоки данных и увеличить, таким образом, производительность сети в целом. Объединение отдельных ветвей (сетей) осуществляется с помощью устройств, называемых мостами или шлюзами. Шлюз применяется в случае соединения сетей, имеющих различную топологию и различные протоколы. Мосты объединяют сети с одинаковой топологией, но может преобразовывать протоколы. Разбиение сети на подсети осуществляется с помощью коммутаторов и маршрутизаторов.

 

2. СЕТЕВОЙ УРОВЕНЬ. НАЗНАЧЕНИЕ, ПРОТОКОЛЫ. СОСТАВ IP- ПАКЕТА.

Функции сетевого уровня:

      Сети, входящие в состав объединенной сети, могут строиться на основе различных  сетевых технологий. Каждая сетевая  технология вполне достаточна для организации  обмена информацией в рамках одной  подсети, но не позволяет осуществлять взаимодействие компьютеров данной подсети с компьютерами подсетей, основанных на других технологиях. Это объясняется возможной несовместимостью протоколов и способов адресации, определенных различными технологиями. Поэтому для обеспечения функционирования объединенных сетей требуются средства, представляющие собой "надстройку" над канальным уровнем, позволяющую абстрагироваться от конкретных решений, заложенных в сетевых технологиях. В качестве такой надстройки выступают средства сетевого уровня модели OSI..

      В настоящее время существуют различные  протоколы сетевого уровня. Основным протоколом, использующимся в Интернет, является протокол IP.

      Протокол IP (Internet Protocol) входит в состав стека  протоколов TCP/IP и является основным протоколом сетевого уровня, использующимся в Интернет и обеспечивающим единую схему логической адресации устройств в сети и маршрутизацию данных.

      Существует  несколько версий протокола IP, отражающих изменение требований к функциям с развитием сети Интернет. В настоящее  время в качестве стандарта используется версия 4, хотя постепенно внедряется версия 6. В данном разделе рассматриваются технологические решения стандартной версии 4.

      Для выполнения своих функций протокол определяет свой собственный формат пакета. Основными информационными полями заголовка пакета являются: 
 

IP-адреса  отправителя и получателя –  предназначены для идентификации  отправителя и получателя (см. IP-адресация);

Время жизни пакета (Time To Live, TTL) - определяет время, которое IP-пакет может находиться в сети, и предназначено для  предотвращения "захламления" сети "заблудившимися пакетами";

поля, предназначенные  для фрагментации пакетов (см. IP-фрагментация);

поля, предназначенные  для управления обработкой пакета (длина  пакета и заголовка, контрольная  сумма заголовка, тип обслуживания и т.д.).

      С точки зрения протокола IP, сеть рассматривается как логическая совокупность взаимосвязанных объектов, каждый из которых представлен уникальным IP-адресом, называемых узлами (IP-узлами) или хостами (host). Ключевым здесь является слово "логическая", поскольку одно и тоже физическое устройство (компьютер, маршрутизатор и др.) может иметь несколько IP-адресов, т.е. соответствовать нескольким узлам логической сети. Обычно такая ситуация возникает, если физическое устройство имеет несколько устройств передачи данных (сетевых адаптеров или модемов), поскольку для каждого из них должен быть настроен как минимум один уникальный IP-адрес. Хотя нередко компьютеру (или другому устройству), имеющему один сетевой адаптер или модем, может быть присвоено несколько IP-адресов.

      Если  физическое устройство имеет несколько IP-адресов, то говорят, что оно имеет  несколько интерфейсов, т.е. несколько "логических подключений" к сети.

      IP-адрес  – это уникальный числовой  адрес, однозначно идентифицирующий  узел, группу узлов или сеть. IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел (так называемых «октетов»), разделенных точками – W.X.Y.Z , каждое из которых может принимать значения в диапазоне от 0 до 255, например, 213.128.193.154.

      Для того, чтобы компьютер мог участвовать в сетевом взаимодействии с помощью протокола IP, ему должен быть обязательно присвоен уникальный IP-адрес.

      Существует 5 классов IP-адресов – A, B, C, D, E. Принадлежность IP-адреса к тому или иному классу определяется значением первого  октета (W). Ниже показано соответствие значений первого октета и классов адресов.

      IP-адреса  первых трех классов предназначены  для адресации отдельных узлов  и отдельных сетей. Такие адреса  состоят из двух частей –  номера сети и номера узла. Такая схема аналогична схеме почтовых индексов – первые три цифры кодируют регион, а остальные – почтовое отделение внутри региона.

      Преимущества  двухуровневой схемы очевидны: она  позволяет, во-первых, адресовать целиком  отдельные сети внутри составной  сети, что необходимо для обеспечения маршрутизации, а во-вторых – присваивать узлам номера внутри одной сети независимо от других сетей. Естественно, что компьютеры, входящие в одну и ту же сеть должны иметь IP-адреса с одинаковым номером сети.

      В случае если два компьютера имеют IP-адреса с разными номерами сетей (даже если они принадлежат одной физической сети), то они не смогут общаться друг с другом напрямую: для их взаимодействия необходим маршрутизатор (см. раздел IP-маршрутизация).

      IP-адреса  разных классов отличаются разрядностью номеров сети и узла, что определяет их возможный диапазон значений. Следующая таблица отображает основные характеристики IP-адресов классов A,B и C.

      Например, IP-адрес 213.128.193.154 является адресом класса C, и принадлежит узлу с номером 154, расположенному в сети 213.128.193.0.

      Схема адресации, определяемая классами A, B, и C, позволяет пересылать данные либо отдельному узлу, либо всем компьютерам  отдельной сети (широковещательная  рассылка). Однако существует сетевое  программное обеспечение, которому требуется рассылать данные определенной группе узлов, необязательно входящих в одну сеть. Для того чтобы программы такого рода могли успешно функционировать, система адресации должна предусматривать так называемые групповые адреса. Для этих целей используются IP-адреса класса D.

      Диапазон  адресов класса E зарезервирован и  в настоящее время не используется.

Двоичная  форма записи IP-адресов

      Наряду  с традиционной десятичной формой записи IP-адресов, может использоваться и  двоичная форма, отражающая непосредственно способ представления адреса в памяти компьютера. Поскольку IP-адрес имеет длину 4 байта, то в двоичной форме он представляется как 32-разрядное двоичное число (т.е. последовательность из 32 нулей и единиц). Например, адрес 213.128.193.154 в двоичной форме имеет вид 11010101 1000000 11000001 10011010. Используя двоичную форму записи IP-адреса, легко определить схемы классов IP адресов:

Особые IP-адреса

Протокол IP предполагает наличие адресов, которые  трактуются особым образом. К ним  относятся следующие:

      1. Адреса, значение первого октета  которых равно 127. Пакеты, направленные  по такому адресу, реально не  передаются в сеть, а обрабатываются  программным обеспечением узла-отправителя.  Таким образом, узел может направить  данные самому себе. Этот подход очень удобен для тестирования сетевого программного обеспечения в условиях, когда нет возможности подключиться к сети.

      2. Адрес 255.255.255.255. Пакет, в назначении  которого стоит адрес 255.255.255.255, должен рассылаться всем узлам  сети, в которой находится источник. Такой вид рассылки называется ограниченным широковещанием. В двоичной форме этот адрес имеет вид 11111111 11111111 11111111 11111111.

      3. Адрес 0.0.0.0. Он используется в  служебных целях и трактуется  как адрес того узла, который сгенерировал пакет. Двоичное представление этого адреса 00000000 00000000 00000000 00000000

Дополнительно особым образом интерпретируются адреса:

содержащие 0 во всех двоичных разрядах поля номера узла; такие IP-адреса используются для  записи адресов сетей в целом;

содержащие 1 во всех двоичных разрядах поля номера узла; такие IP-адреса являются широковещательными адресами для сетей, номера которых  определяются этими адресами.

Распределение IP-адресов

      Поскольку каждый узел сети Интернет должен обладать уникальным IP-адресом, то, безусловно, важной является задача координации распределения адресов отдельным сетям и узлам. Такую координирующую роль выполняет Интернет Корпорация по распределению адресов и имен (The Internet Corporation for Assigned Names and Numbers, ICANN).