НОУ ІНТУІТ, Лекція, Основи організації мережі

Мережеві пристрої

На перший погляд може здатись, що варто лише з'єднати два комп'ютери кабелем, і вони без проблем почнуть обмінюватися інформацією. На жаль, все набагато складніше.

Існує кілька причин для використання мережних пристроїв у різних точках мережі. У малому офісі комп'ютери об'єднуються за допомогою концентратора, або хаба (hub) або невеликого комутатора (switch), з'єднаного із сервером. У великій організації працює більше комутаторів, з'єднаних із кількома серверами. При роботі з інтернетом до цього набору додаються маршрутизатори (router). Давайте детальніше розглянемо роботу цих пристроїв, з'ясуємо їх функції та місце у мережі.

Пару десятиліть тому абревіатура LAN (Local Area Network - локальна обчислювальна мережа) застосовувалася для опису мереж будь-якого розміру. Незалежно від кількості комп'ютерів – дві чи чотири тисячі – всі вони об'єднувалися в одну мережу. Пізніше, коли розмір мереж значно зріс, почався їхній поділ на мережі меншого розміру.

Примітка. Завдяки LAN-сегментації, у нас з'явився маршрутизатор – основа інтернету. Маршрутизатор був винайдений однією людиною зі Стенфорда (його робоча станція знаходилася в одній локальній мережі), яка хотіла спілкуватися зі своєю дружиною (її робоча станція розташовувалася в іншій локальній мережі). Ці двоє і започаткували невелику компанію, про яку ви, напевно, чули - компанії Cisco.

Маршрутизатори

Інтернет здійснює інформаційний зв'язок між кількома комп'ютерами, тому розробники усвідомили потребу у інструменті підтримки цієї связи. Здебільшого інтернет використовує для своїх потреб існуючі телекомунікаційні лінії. Для того щоб комп'ютер А вСША встановив зв'язок з комп'ютером Б у Голландії, необхідно:

прокласти маршрут зв'язку у телекомунікаційній системі;
передати цим маршрутом пакети - блоки даних, переслані з допомогою інтернету.

Ці завдання виконують маршрутизатори, передаючи один пакет в одиницю часу.

Примітка. Пакети аналогічні словами, т. е. є групи байтів однакового розміру. Відмінність в тому, що пакети не обробляються комп'ютером, а передаються по телекомунікаційній системі, а потім конвертуються в дані, що використовуються приймаючим пристроєм.

Функції маршрутизаторів є унікальними і полягають у наступному.

Підтримка різних протоколів (Ethernet, Token Ring, ISDN та інших.) успішної реалізації сумісності комп'ютерів.
Встановлення зв'язку між локальними та глобальними мережами з можливістю створення широкомасштабних мереж за мінімум централізованого планування.
Фільтрування небажаного трафіку за допомогою ізоляції областей, у яких повідомлення можуть транслюватися всім користувачам мережі.
Безпека за рахунок контролю трафіку за допомогою списків дозволів доступу.
Забезпечення стабільності роботи за рахунок надання множини внутрішньомережевих маршрутів.
Автоматична прокладка нових маршрутів та вибір найбільш оптимальних, усунення штучних обмежень, що виникають на шляху розширення та покращення роботи мережі.

Маршрутизатори схожі на універсальних перекладачів – їх найважливішою якістю є здатність одночасної підтримки кількох мережевих протоколів. Саме завдяки цьому несумісні комп'ютери можуть підтримувати зв'язок один з одним, незважаючи на відмінність в архітектурі мережі, операційних системах,формат даних і т.д.

Здатність маршрутизаторів відфільтровувати небажаний трафік також є дуже важливою для роботи в мережі. Деякі уявляють собі інтернет територією, де немає законів, і кожен може робити все, що йому заманеться. Насправді мережеві адміністратори можуть захистити вас від небажаної інформації, відповідним чином настроївши свої маршрутизатори. Це дає можливість ефективної роботи в режимі он-лайн, знижуючи відчуття, що хтось сторонній переглядає секретні документи та файли.

Сервери - це комп'ютери мережі, управляючі найважливішими операціями її функціонування. У локальних мережах сервери надають інформацію комп'ютерам-клієнтам, а великих мережах управляють роботою файлової системи та печаткою.

Функції сервера можуть бути вузькоспеціалізованими залежно від потреб компанії, призначення та розмірів мережі. Одні сервери виконуватимуть унікальні функції, інші - дублюючі, залежно від важливості покладеної ними роботи.

На кількість та розміщення серверів впливають кілька факторів. Невеликій організації потрібен лише один сервер для зв'язку з комп'ютерами-клієнтами. У великих організаціях сервери виконують спеціалізовані завдання. Як показано на рис. 1.1, у компанії Acme Consolidated Consumer Products використовується кілька серверів, які виконують різні функції.

Веб-сервер містить інформацію веб-сайту (веб-сторінки та онлайновий каталог).
Файловий сервер зберігає централізовано файли компанії.
Сервер друку зберігає завдання друку на принтері.
Сервер програм містить програми, з якими працюють відвідувачі веб-сайту та службовці компанії.
Поштовий сервер контролює електронну пошту.

Кожен зцих серверів може бути окремим пристроєм, але не обов'язково. На одному комп'ютері можна розмістити кілька окремих серверів, якщо їх правильно налаштувати.

Концентратори та комутатори

Концентратор (хаб) призначений для з'єднання кількох персональних комп'ютерів із одним сервером. Його принцип роботи нагадує роботу розподільника електроживлення, який використовується для підключення до однієї розетки кількох пристроїв (телевізора, DVD-плеєра, супутникової тарілки тощо). При обміні даними між сервером та його клієнтами хаб розділяє одне з'єднання на кілька.

Хаб передає той самий сигнал на всі вихідні порти, тому дані поширюються всі пристрої локальної мережі, підключені до нього. Залишається загадкою, чому до вашого комп'ютера не потрапляють дані, призначені для колеги за сусіднім столом. Це відбувається завдяки тому, що кожен комп'ютер відфільтровує пакети, які йому не призначені.

Комутатор багато в чому нагадує концентратор. Обидва пристрої мають панель із портами (роз'ємами), до яких підключається кабель типу "вита пара". Концентратори та комутатори утворюють у локальній мережі домен та використовуються для прямої доставки повідомлень через головну магістраль мережі.

Комутатори зручні тим, що вони поділяють смугу пропускання. У мережах, що комутуються, всі пристрої отримують повний доступ до смуги пропускання фізичного середовища передачі даних, і для виконання передачі потрібні частки секунди.

Концентратор приймає кадри (фрейми) від одного хоста (пристрою, підключеного до мережі та працює через протокол TCP/IP) і пересилає їх на всі хости, які з ним пов'язані. Комутатор переглядає кадри, що надходять через його порти, і одразу передає їх порту (абопортів) іншого комутатора. Весь процес відбувається дуже швидко, тому комутатори передають одночасно кілька потоків даних. Таким чином, комутатор може підтримувати десятки хостів за допомогою одного порту, що комутується. Насправді в кожен момент часу від порту до порту пересилається один кадр, але процес виконується настільки швидко, що стає прозорим для всіх хостів, що працюють.