Мережеві технології. Класифікація

Мережі можна класифікувати за такими критеріями:

а) пропускна здатність:

- низька (до сотень Кбіт/с);

- середня (0,5 - 10 Мбіт/с);

- висока (10 - 100 Мбіт/с);

- дуже висока (від 100 Мбіт/с);

б) смуга каналу:

-вузькосмугові (Baseband) - пряма (немодульована) передача тільки одного повідомлення в довільний момент часу;

- широкосмугові (Broаdband) - одночасна передача декількох повідомлень по частотно-розділеним каналам.

в) розмір:

- LAN (Local - Area Network) - локальна мережа (ЛОМ);

- CAN (Campus - Area Network) - кампусна мережа, яка об'єднує значно віддалені вузли або локальні мережі, але не потребує віддалених комунікацій через телефонний зв'язок та модеми;

- MAN (Metropoliten - Area Network) - місцева мережа з радіусом в десятки кілометрів із високою швидкістю передачі, приблизно 100 Мбіт/с;

- WAN (Wide - Area Network) широкомасштабна мережа, яка використовує віддалені мости та маршрутизатори з можливо невисокими швидкостями передачі;

- GAN (Global - Area Network) - глобальна (міжнародна, міжконтинентальна) мережа.

г) типи вузлів мережі:

- персональні комп'ютери,

- міні комп'ютери,

- великі комп'ютери,

- мережі.

Мережі загального призначення взагалі будуються з РС. Базова мережа (Backbone) кампусної мережі в ролі “вузлів” має невеликі мережі.

д) співвідношення вузлів:

- однорангові (Peer – to – Peer) - невеликі мережі, де кожен вузол може бути як клієнт, так і сервер;

- розподілені (Dostributed) - мережа без лідерa, в якій сервером називають машину, програму або пристрій, який забезпечує сервіс, але не керування мережею;

- мережі з централізованим керуванням (Server based), які наділяють інші вузли правами використання ресурсів (мережі середнього та великого розміру). Поняття "клієнт-сервер" в цьому контексті підкреслює меншу самостійність вузлів-клієнтів таких мереж, хоча частіше називають одним з методів розподіленої оброки інформації.

е) топологія:

- фізична;

- логічна.

є) архітектура: визначає середовище передачі, метод доступу та формат пакетів.

ж) можливості доступу:

- мережі, які розділяють середовище передачі (Shared – Media Network), в яких в кожен момент часу можуть взаємодіяти тільки два вузли;

- комутуючі мережі (Switching Network), дозволяють одночасно проводити множину передач між множиною пар вузлів за допомогою мультиплексування.

з) спорідненість архітектури та мережевої операційної системи вузлів:

- гомогенні мережі з однаковими ОС всіх вузлів,

- гетерогенні мережі з різнорідними ОС.

Компоненти локальних мереж.

Компонентами мереж є апаратні (технічні) та програмні засоби (мережеві операційні системи, клієнтське забезпечення робочих станцій, утиліти, інструментальні засоби і прикладні програми).

Існує кілька рівнів локальних мереж:

Файли і друк. Основною задачею середовища залишається сумісне використання файлів і принтерів. Можливості і продуктивність при сумісному використанні файлів і принтерів мають виключно важливе значення.

Служби прикладних програм. Можливість ефективно виконувати програми обміну повідомленнями, управління базами даних і інші прикладні програми на базі серверів в мережі архітектури клієнт - серверу - головні вимоги для більшості сучасних обчислювальних мереж. Тут важливі можливість багатопроцесорної обробки, надійність, високоякісні інструментальні середовища розробки і можливість використання програм незалежних виробників.

Апаратна інтеграція. Якщо система не працює на обладнанні, яке є в наявності, яке бажаємо мати або якому довіряємо, то можливості для росту дуже малі. Тут також більше значення мають тип процесора і можливість використання декількох процесорів.

Мережева інфраструктура. Цей рівень пропонує простоту використання мережевих транспортних протоколів і надійність роботи програмного забезпечення сервера з декількома мережевими адаптерами і засобами внутрішньої маршрутизації. На цьому основане все багатство можливостей мережевого середовища, від операцій клієнт-сервер до доступу до Internet-у.

Інтеграція з Internet. В багатьох організаціях стає необхідністю доступ до Internet через локальну мережу. При цьому ключове значення має здатність запускати ТСР/ІР і протокол динамічної настройки головного комп'ютера (Dynamic Host Configuration Protocol, DHCP) для управління адресами ТСР/ІР в мережі. Крім того, важливу роль відіграє програмне забезпечення сервера Web.

Дистанційний доступ. Ділові поїздки і системи телекомунікації вимагають, щоб мережі представляли надійні засоби дистанційного доступу.

Обмін повідомленнями і робота в групі. Сьогодні багато організацій для внутрішнього обміну інформації надіються на потужні групові засоби. В доповненні до електронної пошти важливе значення мають групові дискусії, можливості поточної роботи, а також організація роботи із існуючими АРІ обміну повідомленнями, такими, як МАРІ.

Служби каталогів і імен. У великих, територіально розподілених багатосервісних організаціях служби каталогів і імен забезпечують доступ до мережевих ресурсів в рамках всього підприємства, в тому числі до серверів, файлів, прикладних програм, поштових адрес і принтерів.

Основні апаратні компоненти мережі:

- вузли (Nodes): комп'ютери з мережевим інтерфейсом, які виступають в ролі робочих станцій, серверів або в обох ролях.

Топологія:

фізична - визначає розташування вузлів та з'єднань:

а) шина (Bus);

б) кільце (Ring);

в) зірка (Star);

г) сітка (Mesh);

д) дерево (Tree).

логічна - визначає потоки даних, та порядок отримання права на їх передачу:

а) шина (Bus);

б) кільце (Ring).

З’єднувальні елементи:

кабелі:

а) коаксіальний (Coaxial cable),

-           тонкий (Thin coaxial cable);

-           товстий (Thick coaxial cable);

б) кручена пара (Twisted pair);

-           екранована (Shielded Twisted Pair);

-           неекранована (Unshielded Twisted Pair);

в) волоконно-оптичний (Fiber – Optic cable).

кабельні центри (Wiring center):

хаб (Hub) або концентратор (Concentrator).

внутрішньомережеві з’єднувачі:

а) роз'єднувачі;

б) повторювачі;

в) трансивери MAU (Media Attachment Unit).

міжмережеві з’єднувачі:

а) мости (Bridge);

б) маршрутизатори (Router);

в) шлюзи (Getaway).

компоненти без провідного зв’язку (Wireless):

трансивери (радіочастотні та інфрачастотні), антени і т.д.

Додаткові компоненти:

- перефирійні пристрої:

а) принтери;

б) модеми;

в) факс-модеми;

г) CD-ROM;

д) дисководи,

- засоби забезпечення надійності:

а) джерела безперебійного живлення (Uninterrupptible Power Supply (UPS)) та резервного живлення (Standby Power Supply (SPS));

б) стабілізатори Line Conditioner);

в) обмежувач перенапруг (Surge protector).

- інструментальні засоби:

а) монтажний інструмент,

б) вимірювальні прилади,

Питання проектування мереж.

Основний обсяг робіт із проектування мережі складається з визначення:

• типів середовищ передачі;

• топології і способів прокладки кабелів;

• системи ретрансляторів, мостів і маршрутизаторів.

Ще одне ключове питання проектування мережі — контроль перевантаження. Наприклад, розподілені файлові системи дуже сильно завантажують мережа, тому файловий сервіс по кабелеві базової мережі здійснювати небажано.

Архітектура мережі і архітектура будівлі.

Архітектуру мережі звичайно буває простіше змінити, чим архітектуру будинку, але обидві вони повинні нормально співіснувати. У більшості випадків будинок і технічний відділ на момент проектування мережі вже існують і є жорсткими обмежуючими чинниками.

У вже побудованих об'єктах мережа повинна використовувати архітектуру будинку, а не протистояти їй. У сучасних будинках, крім високовольтної електропроводки, водо- і газопроводів, іноді маються канали для прокладки кабелів. Часто монтуються підвісні стелі — дійсна удача для тих, хто встановлює мережу. У багатьох університетських містечках і організаціях існують підземні тунелі, що полегшують створення мереж.

При прокладанні кабелю через брандмауер отвір повинний відповідати діаметрові кабелю і заповнюватися непальною речовиною. Вибираючи кабель, треба врахувати наявність вентиляції.

Перевантаження.

Мережа — як ланцюг: її якість визначається самою слабкою або самою повільною ланкою. Продуктивність Ethernet, як і багатьох інших мережних архітектур, при збільшенні навантаження падає.

Бездискові клієнти, концентратори терміналів, що не стикуються інтерфейси, низькошвидкісні канали зв'язку — усе це може привести до перевантаження. Ефективний спосіб боротьби з перевантаженням — локалізація трафіка шляхом створення підмереж і використання маршрутизаторів. Підмережі можна використовувати і для огородження машин, задіяних в окремих експериментах; важко проводити експеримент на декількох машинах, якщо немає надійного і легені способу ізолювати ці машини і фізично, і логічно від іншої частини мережі.

Обслуговування й документування.

Кабелі необхідно маркерувати у всіх точках підключення навантаження.

Стики між великими системами у виді ретрансляторів, мостів, маршрутизаторів і навіть з’єднувачів можуть полегшити налагодження, оскільки вони дозволяють ізолювати частини мережі й відлагоджувати їх по окремо.

Мережевий протокол TCP/IP і маршрутизація.

Комплект протоколів TCP/IP — це мережне програмне забезпечення низького рівня, найчастіше використовуване з ОС UNIX. До складу комплекту TCP/IP входить кілька компонентів:

•          міжмережевий протокол (Internet Protocol, IP), що забезпечує транспортування без додаткової обробки даних з однієї машини на іншу;

•          міжмережевий протокол керування повідомленнями (Internet Control Message Protocol, ICMP), що відповідає за різні види низькорівневої підтримки протоколу IP, включаючи повідомлення про помилки, сприяння в маршрутизації, підтвердження одержання повідомлення;

•          протокол перетворення адрес (Address Resolution Protocol, ARP), що виконує трансляцію логічних мережних адрес в апаратні;

•          протокол користувацьких дейтаграм (User Datagram Protocol, UDP) і протокол керування передачею (Transmission Control Protocol, TCP), що забезпечують пересилання даних з однієї програми в іншу за допомогою протоколу IP. Протокол UDP забезпечує транспортування окремих повідомленні без перевірки, тоді як TCP більш надійний і припускає перевірку встановлення з'єднання.

TCP/IP надає користувачам однорідний інтерфейс, що забезпечує взаємодію з мережними апаратними засобами різних типів Цей протокол гарантує можливість обміну даними (взаємодії) між системами, незважаючи на численні розходження, що існують між ними TCP/IP, крім того, дозволяє з'єднувати на програмному рівні окремі фізичні мережі в більш велику і більш гнучку логічну мережу.

Мережний "атлас автомобільних доріг".

Мережеві системи часто описують у контексті так називаної Еталонної моделі взаємодії відкритих систем (Open System Interconnection (OSІ) Reference Model), що розробила Міжнародна організація по стандартизації (ISO). Модель OSІ складається із сімох рівнів програмного забезпечення і (або) апаратних засобів, кожний із яких відповідає визначеному рівневі абстракції (деколи модель OSI називають моделлю ISO; обидві назви правильні).

Структура моделі OSІ показана в табл. 1. На самому нижньому рівні модель визначає, як апаратні засоби передають по мережі двійкові дані. На наступному рівні регулюються такі аспекти, як надійність, безпека і машинно-незалежне представлення даних.

Таблиця 1.

МЕРЕЖЕВА МОДЕЛЬ OSІ ІSO

Рівень	Найменування	функція
1	Фізичний	Власне кабель або фізичний носій
2	Канальний	Передача і прийом пакетів, визначення апаратних адрес
3	Мережний	Маршрутизація і ведення обліку
4	Транспортний	Забезпечення коректного наскрізного пересилання даних
5	Тимчасовий	Аутентифікація і перевірка повноважень
6	Представлення даних	Інтерпретація і стиск даних
7	Прикладний	Надання послуг на рівні кінцевого користувача: пошта, реєстрація і т.д.

Деякі вважають, що до цих рівнів потрібно додати ще фінансовий і політичний. У числі "сім" немає нічого магічного, просто в розробці Еталонної моделі брали участь сім комітетів, і для кожного з них був створений один рівень.

Схема OSI — не просто абстрактна модель: неї супроводжує реальний набір "стандартних" протоколів. Створення системи OSI почалося в першій половині 80-х років і розтяглося на багато років. Поки комітети ISO сперечалися про свої стандарти, за їхньою спиною змінювалася вся концепція організації мереж і по усьому світові впроваджувався протокол TCP/IP.

Незважаючи на те, що стандарти ISO так і не були ні реалізовані, ні протестовані, уряд США вирішив, що закладені в них ідеї настільки гарні, що ці стандарти повинні використовуватися на всіх державних комп'ютерах. Цей скромний план побачив світло у виді специфікації GOSIP (Government Open Systems Interconnection Profile — Державний регламент взаємодії відкритих систем) і спричинив за собою появу маси версій, реалізованих фірмами-виробниками.

І тільки тоді, коли протоколи ISO були накінець реалізовані, з’явився цілий ряд проблем:

•          Ці протоколи базувалися на концепціях, що не мають в сучасних мережах ніякого змісту.

•          Їх специфікації були в деяких випадках неповними.

•          По своїх функціональних можливостях вони поступались іншим протоколам.

•          Наявність багаточисельних рівнів зробила ці протоколи повільними і важкими для реалізації.

Фірми-виробники швидко виявили, що жоден із недержавних покупців не бажає поступитися працюючими мережами TCP/IP заради якоїсь неперевіреної і погано продуманої альтернативи. В остаточному підсумку фірми встали перед вибором: чи підтримувати дві системи протоколів, чи піти з комерційного ринку, чи припинити операції на державному ринку). При цьому число фірм, що вирішили не мати справи з GOSIP, виявилося настільки значним, що можливості уряду в плані закупівлі сучасних систем виявилися обмеженими. Нарешті в 1993 році уряд уступив і вирішив, що TCP/IP теж може бути прийнятною системою мережних протоколів.

Це рішення стало для моделі OSI кінцем. Зараз навіть найбільш завзяті прихильники цих протоколів визнають, що OSI поступово рухається до того, щоб стати маленьким етапом на сторінках історії комп'ютерів. Головне, що варто засвоїти з усього цього: обчислювальні системи не повинні розроблятися комітетами.

Незважаючи на те, що границі між рівнями моделі OSI проведені трохи довільно і не відповідають реальним стекам протоколів, нещасливу модель продовжують широко використовувати і згадувати в посиланнях. Це робиться головним чином для того, щоб принизити членів комітетів стандартів ISO. На відміну від моделі OSI, протокол TCP/IP базується на більш простій чотирьохрівневій схемі (див. табл. 2).

Таблиця 2.

МЕРЕЖЕВА МОДЕЛЬ TCP/IP

Рівень	Функція
Канальний Мережний Транспортний Прикладний	Мережні апаратні засоби і драйвери пристроїв Побутові комунікації, адресація і маршрутизація Зв'язок між програмами в мережі Прикладні програми кінцевих користувачів

У деяких довідниках робляться спроби поставити рівні TCP/IP у відповідність рівням моделі OSІ. Ця аналогія приводить лише до того, що реальна структура TCP/IP спотворюється.

У структурі TCP/IP відсутні (теоретично) деякі особливості, характерні для моделі OSІ. Крім того, тут деякі засоби сусідніх рівнів OSІ об'єднані, а деякі рівні, навпаки, розділені. На мал. 5 показано, як різні компоненти і клієнти TCP/IP вписуються в загальну архітектуру.

Мал. 5. Велика щаслива родина TCP/IP.

Протоколи кожного рівня будуються на основі тих, котрі відповідають більш низькому рівневі. Дані проходять униз по стеку протоколів на машині-відправнику, потім рухаються по фізичній мережі і піднімаються нагору по стеку протоколів на машині-адресаті. Наприклад, прикладна програма, яка “думає”, що використовує тільки протокол UDP, насправді викликає протоколи UDP, IP і фізичної мережі.

Пакети і сегментація.

Способи класифікації мереж за різними критеріями. Основні апаратні компоненти мережі. Обсяг робіт із проектування мережі. Огляд серверу на базі ОС Windows NT Server 4.0. Процес друку під управлінням принт-сервера. Основні характеристики та параметри модемів.

ОС UNIX може забезпечувати роботу цілого ряду фізичних мереж, включаючи Ethernet, Token Ring і системи на базі модемів. Керування технічними засобами здійснюється в межах канального рівня архітектури TCP/IP, а протоколи більш високих вирівняний не знають і не бажають знати про те, як саме використовуються ці технічні засоби.

Кожне з'єднання машини з мережею називається мережним інтерфейсом. Машина, що має більш, а ніж один інтерфейс, може приймати дані по одному інтерфейсові і передавати їх по іншому, здійснюючи в такий спосіб пересилання даних між мережами. Ця функція називається маршрутизацією, а машина, що виконує її, — маршрутизатором, або шлюзом[1]). Більшість складностей у низькорівневому керуванні мережами обумовлено саме питаннями маршрутизації.

Дані подорожують по мережі у формі пакетів, кожний із яких складається з заголовка і корисного навантаження. Заголовок містить дані про те, звідки прибув пакет і куди він направляється. Заголовок, крім того, може включати контрольну суму, інформацію, характерну для конкретного протоколу, і інші інструкції з обробки. Корисне навантаження — це дані, які пересилаються. У контексті низькорівневих апаратних засобів пакети часто називають кадрами.

Коли пакет подорожує вниз по стеку протоколів, готуючись до відправлення, кожен протокол вводить у нього свою власну інформацію заголовка. Закінчений пакет одного протоколу стає корисним навантаженням пакета, що створюється наступним протоколом. Ця операція відома як інкапсуляція, або оформлення. На приймаючій машині інкапсульовані кадри розгортаються в зворотному порядку.

Наприклад, LJDP-пакет, переданий по мережі Ethernet, містить три різних "обгортки". У середовищі Ethernet він "загортається" у простий заголовок, що містить зведення про апаратні адреси джерела й одержувача, довжині кадру і його контрольній сумі. Корисним навантаженням Ethernet-кадру є IP-пакет. Корисне навантаження IP-пакета — UDP-пакет, і, нарешті, корисне навантаження UDP-пакета складається власне з переданих даних. Компоненти такого кадру зображені на мал. 6.

Мал. 6. Типовий мережевий пакет.

Розмір пакетів може обмежуватися як характеристиками апаратних засобів, так і вимогами протоколів. Наприклад, обсяг корисного навантаження Ethernet-пакета не може перевищувати 1500 байт. У деяких сучасних мережах використовуються пакети розміром менш 100 байт. Граничний розмір пакета для конкретної мережі або протоколу називається максимальною одиницею передачі (Maximum Transfer Unit, MTU).

У комплекті протоколів TCP/IP за розбивку пакетів відповідно до MTU конкретної мережі відповідає рівень IP. Якщо пакет направляється через кілька мереж, то в однієї з проміжних мереж MTU може виявитися меншим, чим у мережі-відправника. У цьому випадку шлюз, що провадить до мережі з меншим MTU, виконає подальший розподіл пакета Функцію сегментації можуть виконувати і протоколи інших рівнів Наприклад, сучасні версії TCP самі настроюють розміри своїх пакетів із метою підвищення пропускної здатності конкретного середовища передачі даних.

Internet - aдpecи.

Internet - адреса має в довжину чотири байти і складається з двох частин: мережної і машинної. Перша частина позначає логічну мережу, до якої відноситься адреса; на підставі цієї інформації приймаються рішення про маршрутизацію. Друга частина адреси ідентифікує конкретну машину в мережі.

За згодою IP-адреси записуються як десяткові числа (по одному на кожен байт), розділені крапками. Наприклад, IP-адреса нашої машини boulder записується як 128.138.240.1. Лівий байт — старший і завжди є компонентом мережної частини адреси.

Існує кілька класів IP-адреси. Вони відрізняються тим, як байти адреси розподіляються між мережною і машинною частинами. Найбільше часто використовуються адреси класів А, В і С; існують також класи D і Е, що застосовуються при груповій адресації й у дослідницьких цілях.

Таблиця 3.

КЛАСИ INTERNET-АДРЕС

Клас	Перший байт	Формат	Коментарі
А	1-126	С.М.М.М	Великі мережі
B	128-191	С.С.М.М	Для великих вузлів; переважно з підмережами
C	192-223	С.С.С.М	Досить легко одержати
D	224-239	-	Групова адресація (на стадії розробки)
E	240-254	-	Експериментальні адреси

Клас адреси можна визначити за його першим байтом. У табл. 3 показані характеристики кожного класу адрес. Мережна частина адреси позначена буквою С, а машинна — буквою М.

Маршрутизація.

Маршрутизація — це процес напрямку пакета по лабіринтові мереж, що знаходяться між джерелом і адресатом. Маршрутизація в системі TCP/IP відбувається приблизно так, як мандрівник, що перший раз відвідав незнайому країну, відшукує потрібний йому будинок, задавати питання місцевим жителям. Перша людина, із яким він заговорить, можливо, укаже йому потрібне місто. Ввійшовши в місто, воно запитає іншої людини, і той розповість, як попасти на потрібну вулицю. Зрештою наш мандрівник підійде досить близько до кінцевого пункту своєї подорожі, щоб хто-небудь указав йому будинок, що він шукає.

Дані маршрутизації в системі TCP/IP мають форму правил (маршрутів), наприклад: "Для того, щоб досягти мережі А, посилайте пакети через машину С. Ціна — один перехід." Може бути і маршрут, заданий за замовчуванням, що пояснює, що потрібно робити з пакетами, призначеними для відправлення в мережу, маршрут проходження до якої не зазначений явно.

Дані маршрутизації зберігаються в одній із таблиць ядра. Кожен елемент цієї таблиці містить кілька параметрів, включаючи поле надійності, що розставляє маршрути по пріоритетах, якщо таблиця містить суперечливу інформацію. Для напрямку пакета за конкретною адресою ядро підбирає найбільш придатний маршрут. Якщо немає ні такого маршруту, ні маршруту за замовчуванням, то відправникові повертається помилка "network unreachable" (мережа недоступна).

Ось, в принципі, і усе, що можна сказати про маршрутизацію в системі TCP/IP. Пакети надходять через один інтерфейс і або доставляються локально (у тій же самій мережі), або порівнюються з таблицею маршрутизації, щоб визначити, куди їх варто направити через інший інтерфейс. Саме складне — забезпечити, щоб таблиця маршрутизації містила правильні дані.

Сервер на базі ОС Windows NT Server 4.0.

Розгортання Windows NT Server на великій кількості комп’ютерів може здійснюватись аналогічно розгортанню Windows NT Workstation. При розгортанні Windows NT Server є ряд аспектів, які не враховуються для Windows NT Workstation. До їх числа відносяться вибір режиму ліцензування, процедури вибору ролі серверу в домені (чи повинен цей сервер бути контролером домену), а також деякі специфічні сервіси, які, можливо прийдеться інсталювати окремо. Файли відповідей (answer files) і файли бази даних унікальності необхідні для задання опцій в процесі розгортки Windows NT Server.

Вибір режиму ліцензування.

В процесі інсталяції Windows NT Server необхідно вказати вибраний режим ліцензування. Можливі два варіанти – “робоче місце” і “сервер”. Якщо процедура установки повинна бути повністю автоматизована, то цю інформацію необхідно вказати у файлі відповідей.

---

Багато хто вважає, що термін "шлюз" необхідно застосовувати у відношенні тих маршрутизаторів, що виконують перетворення протоколів. На жаль, розходження між цими двома термінами, здається, зникає.

Сучасне вживання терміна "шлюз" відноситься до апаратно-програмних комплексів, що функціонують на сьомому, прикладному рівні моделі OSI, що передають дані між несумісними програмами або мережами, що виконують однакові функції, але по-різному реалізованими (наприклад DECnet і Internet).