Главная страница
24.06.11 05:44 Технология Ethernet
В начале 1970-х годов в исследовательском центре Пало Альто (Palo Alto Research Center, PARC) корпорации Xerox была разработана технология передачи Hi End класса данных по локальным сетям с коммутацией пакетов, которая впоследствии стала одной из самых популярных. Ее назвали Ethernet. В 1978 году фирмы Xerox Corporation, Intel Corporation и Digital Equipment Corporation приняли эту сетевую технологию в качестве стандарта. Чуть позже Институт инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers, или IEEE) выпустил совместимую версию стандарта и присвоил ей номер 802.3. Таким образом Ethernet стала одной из самых популярных технологий передачи данных по локальным сетям. В настоящее время она применяется практически во всех корпоративных сетях и в подавляющем большинстве небольших локальных сетей. Поскольку технология Ethernet пользуется огромной популярностью, было выпущено несколько ее вариантов. И хотя первоначальная схема подключения компьютеров к сети постепенно вытесняется новыми, более совершенными схемами, ее понимание поможет нам разобраться в принципах работы сети и уяснить некоторые важные конструкторские решения. Поэтому сначала мы рассмотрим первоначальную схему Hi End подключения компьютеров к сети, а затем обсудим ее варианты. Официально оригинальная технология Ethernet называется 10Banco. Для подключения абонентов сети в ней применяется толстый коаксиальный кабель, поперечное сечение которого. Кабель называется средой передачи данных или эфиром (ether) и является полностью пассивным элементом. Все активные электронные компоненты, необходимые для функционирования сети, сосредоточены в платах сетевого интерфейса, установленных в компьютерах. Диаметр кабеля Ethernet составляет 12,7 мм (0,5 ), а длина сегмента может достигать 500 м. Для того чтобы предотвратить отражение радиосигнала на концах кабеля, между центральной жилой и экраном подключают согласующие резисторы, сопротивление которых равно волновому сопротивлению кабеля. Для подключения компьютера к оригинальному кабелю Ethernet требовалось специальное устройство, называемое трансивером (transceiver), или приемопередатчиком. Физически подключение трансивера Hi End класса ко внутренней жиле коаксиального кабеля Ethernet осуществлялось через небольшое отверстие, проделанное в наружной оболочке. Специалисты для такого типа подключения часто используют термин отвод (tap). Обычно в трансивере устанавливали небольшие металлические штыри, с помощью которых осуществлялся электрический контакт с центральной жилой и металлической оплеткой экрана. Некоторые производители предлагали для подключения трансивера использовать специальные Т-образные ответвители. При этом кабель разрезался на небольшие сегменты, и на его концах устанавливались коаксиальные разъемы.
24.06.11 05:43 Технология быстрого Ethernet
Чтобы увеличить пропускную способность сети Ethernet, инженеры разработали новую версию этого стандарта, в которой скорость обмена данными была увеличена на порядок. Официально новую технологию назвали 100Base-T, но чаще всего ее стали называть быстрым Ethernet (Fast Ethernet). Как следует из официального названия, в технологии быстрого Ethernet использовался кабель витой пары 5-й категории, как и в технологии 10Base-T. Однако благодаря особому режиму использования проводников кабеля, удалось повысить скорость обмена данными до 100 Мбит/с. Чтобы понять, как удалось увеличить пропускную способность сети на порядок, необходимо иметь в виду два момента. Во-первых, несмотря на то, что скорость работы компьютеров существенно возросла, передавать непрерывный поток данных со скоростью 100 Мбит/с могут только очень немногие компьютерные системы. И, во-вторых, стандарт 100Base-T никак не повлиял на большую часть компонентов технологии Ethernet. В частности, величина максимального размера пакета осталась такой же, как и в технологии 10Base-T. Все это свидетельствует о том, что технология быстрого Ethernet не оптимизирована для достижения максимально возможной скорости обмена между двумя абонентами сети. Она рассчитана на охват большего количества рабочих станций и большой общий трафик в сети.
24.06.11 05:42 Анонимные двухточечные сети
Напомним, что в оригинальной системе IP-адресации каждой физической сети назначается уникальный префикс IP-адреса. В частности, поскольку с точки зрения протокола IP, каждое двухточечное соединение между двумя машинами рассматривается как отдельная сеть, ей должен быть назначен уникальный префикс IP-адреса. При этом оба компьютера должны иметь уникальные суффиксы IP-адреса. В условиях постоянной нехватки адресного пространства применение отдельного префикса IP-адреса для каждого двухточечного соединения выглядит абсурдным. Эта проблема усугубляется для тех организаций, внутренняя структура сети которых построена на большом количестве двухточечных соединений. Например, в организациях, состоящих из нескольких территориально разнесенных филиалов, для формирования магистрального канала, связывающего маршрутизаторы филиалов, обычно используются высокоскоростные цифровые выделенные линии типа Т1. Поэтому, чтобы избежать назначения каждому двухточечному соединению отдельного префикса IP-адреса, для организации связи между двумя машинами был предложен довольно простой метод, который назвали анонимным подключением к сети (anonymous networking). Этим методом часто пользуются когда два маршрутизатора соединены между собой цифровым выделенным каналом связи. Суть метода состоит в том, что выделенной линии не присваивается отдельный префикс сети, а двум подключенным к ней машинам не выделяются IP-адреса. При этом становится ненужным использование физических адресов сетевых плат. Изменения вносятся только в драйвер сетевой платы, поскольку при отсылке дейтаграммы адрес ближайшей точки перехода не нужен. Таким образом, при использовании анонимной сети в таблице маршрутизации протокола IP вместо адреса ближайшей точки перехода может находиться произвольное значение.
24.06.11 05:41 Подключения компьютера
Для подключения компьютера к оригинальному кабелю Ethernet требовалось два основных электронных компонента: трансивер и плата сетевого интерфейса. С помощью трансивера компьютер подключался к центральной жиле и экрану коаксиального кабеля. В его функции входили прием и отправка сигналов в передающую среду. Плата сетевого интерфейса, или сетевой адаптер, подключался непосредственно к системной шине компьютера (например, вставлялся в один из свободных слотов расширения материнской платы) и трансиверу. Трансивер представлял собой небольшое электронное устройство, обычно располагавшееся в непосредственной близости от кабеля. Кроме аналоговой части, которая принимала и отправляла электрические сигналы в кабель, в состав трансивера входил цифровой блок, с помощью которого выполнялся обмен данными с компьютером. Трансивер улавливал аналоговые электрические сигналы, проходящие по кабелю, выделял из них цифровые данные и отправлял их в компьютер, а также выполнял обратное преобразование цифровых данных, полученных от компьютера в аналоговые и отправлял их в эфир. Трансивер подключался к сетевому адаптеру компьютера с помощью специального интерфейсного кабеля подключаемых устройств, или АШ-кабеля (Attachment Unit Interface). На техническом языке АШ-кабель назывался кабелем трансивера. Он состоял из ряда проводников, по которым проходили электрические сигналы управления трансивером, пакеты передаваемых и принимаемых данных, а также подавалось напряжение питания, необходимое для работы трансивера. Показана схема подключения сетевых компонентов к системной шине компьютера и кабелю Ethernet. Каждый сетевой адаптер управлял одним трансивером согласно командам, получаемым от программного обеспечения компьютера. С точки зрения операционной системы, сетевой интерфейс представлял собой устройство ввода-вывода, на которое от компьютера поступали команды передачи данных и сами данные. Плата сетевого интерфейса передавала эти данные трансиверу и далее в эфир, генерировала сигнал прерывания процессору после выполнения операции и сообщала о состоянии сетевого устройства. По сравнению с трансивером, представлявшим собой довольно простое устройство, плата сетевого интерфейса была существенно сложнее. В некоторых платах интерфейса использовался встроенный микропроцессор, который управлял обменом информацией между памятью компьютера и эфиром. На практике, в организациях, где использовалась оригинальная технология Ethernet для офисных применений, коаксиальный кабель прокладывался под потолком помещений. В местах, где располагались компьютеры, организовывались точки подключения к общему кабелю. Общая схема подключения компьютеров к сети Ethernet.
читать далее »24.06.11 05:41 Сеть Ethernet на основе витой пары
Современные технологические достижения сделали возможным создание такой сети Ethernet, где не требуется экранировать сигнальные провода внешним электромагнитным экраном, как в коаксиальном кабеле. Новую технологию назвали Ethernet на основе витой пары, (twisted pair Ethernet). Она позволяла использовать в качестве эфира обычные неэкранированные медные провода, наподобие тех, что применяются в телефонии6. Сеть на основе витой пары обладает двумя важными преимуществами, по сравнению с тонким Ethernet: она дешевле и защищена от случайных повреждений сети при отключении одной машины или повреждении сетевого кабеля, ведущего к компьютеру. В некоторых случаях технология витой пары позволяет создать сеть Ethernet на основе существующей в организации проводки. Кроме того, прокладка витой пары (ее называют кабелем 5-й категории) обходится дешевле и проще, чем коаксиального кабеля. Официально технология на основе витой пары называется 10Base-T. Первые сети с витой парой работали на скорости 10 Мбит/с, как и сети с толстым или тонким Ethernet. Подключение компьютеров к сети Ethernet на основе витой пары осуществляется через специальное устройство, которое называется концентратором, или хабом (hub), как показано на рис. 2.6. При этом используется восьмижильный (четырехпарный) кабель. 4 Аббревиатура BNC расшифровывается двояко: Bayonet Nut Connector, или миниатюрный байонетный соединитель, и British Naval Connector, или английский морской соединитель. — Прим. ред. 5 Термин "витая пара" возник не случайно; он взят из телефонии, где сигнальные провода скручивали для уменьшения перекрестных помех между соседними каналами связи. Концентратор — это электронное устройство, которое имитирует сигналы в кабеле Ethernet. Он представляет собой небольшую коробку, которая обычно размещается в монтажном шкафу или распределительной коробке. Длина соединительного провода между компьютером и концентратором не должна превышать 100 м. Для работы концентратора требуется источник питания. Кроме того, некоторые концентраторы позволяют обслуживающему персоналу следить за их работой и состоянием прямо по сети. С точки зрения платы сетевого интерфейса, подключение к концентратору аналогично подключению к трансиверу. Другими словами, концентратор обеспечивает такие же возможности в плане передачи данных, как и толстый или тонкий Ethernet. Просто с помощью концентратора реализуется альтернативная схема подключения компьютеров к сети.
читать далее »24.06.11 05:41 Формат фрейма Ethernet
Стандарт Ethernet следует считать средством обеспечения соединения между абонентами сети, относящимся к канальному уровню (link-level layer). Поэтому имеет смысл рассматривать передаваемые по сети данные как состоящие из фреймов1 (frame), или кадров. Фреймы Ethernet имеют переменную длину, однако их размер не может быть меньше 64 октетов8 и превышать 1518 октетов (с учетом преамбулы фрейма, передаваемых данных и кодов циклической проверки CRC). Как и в любой другой сети с коммутацией пакетов, в каждом фрейме Ethernet предусмотрено специальное поле для адреса получателя. Помимо адреса получателя, фрейм Ethernet содержит также физический адрес отправителя (рис. 2.7). 7 Термин фрейм (кадр) взят из терминологии, использовавшейся для описания процесса передачи данных по последовательному каналу связи. При этом отправитель разделял данные на фрагменты (фреймы) и перед передачей фрейма помещал до и после него специальные коды. 8 Формально для описания размера символа, зависящего от применяемого оборудования, используется термин байт. Однако в телекоммуникации используется другой термин — октет, который, в отличие от байта, не зависит от применяемого оборудования и всегда состоит из 8 бит. Таким образом, кроме полей адреса отправителя и получателя, в каждый передаваемый по сети Ethernet фрейм добавляется преамбула, поле типа, поле данных и код циклического избыточного контроля (Cyclic Redundancy Check, или CRC). Преамбула состоит из 64-битовой последовательности нулей и единиц и предназначена для облегчения синхронизации принимающей сетевой платы. Поле CRC (его размер 32 бита) служит для обнаружения ошибок при передаче данных на приемном конце. При этом отправитель вычисляет код циклического избыточного контроля как функцию от данных, находящихся во фрейме, и помещает их в передаваемый пакет. Получатель снова вычисляет код CRC и сравнивает его с находящимся во фрейме. Если коды совпадают, принимающая сторона считает, что пакет получен без искажений. Поле типа состоит из 16-битового целого числа, которое предназначено для идентификации типа данных, передаваемых во фрейме. С точки зрения построения процесса межсетевого взаимодействия поле типа очень важно, поскольку оно позволяет автоматически распознавать фреймы Ethernet. Другими словами, операционная система на основе поля типа полученного фрейма определяет программный модуль протокола, который должен обработать поступивший пакет данных. Одно из ключевых преимуществ автоматического распознавания фреймов заключается в том, что на одной и той же машине можно использовать несколько различных протоколов, а также передавать по физической сети пакеты данных разных протоколов без их взаимного влияния. Благодаря полю типа на одном и том же компьютере могут свободно сосуществовать приложения, использующие как семейство протоколов TCP/IP, так и любые другие протоколы, например те, что только разрабатываются и находятся на стадии тестирования. Таким образом, операционная система анализирует поле типа каждого полученного фрейма и определяет, как должно обрабатываться его содержимое. Ниже мы увидим, как автоматически опознаваемые фреймы Ethernet используются в семействе протоколов TCP/IP для выделения пакетов разных протоколов.
читать далее »24.06.11 05:40 Гигабитовый Ethernet
К концу 1990-х годов, по мере распространения технологии 100Base-T, стало очевидным, что в отдельных случаях пропускной способности канала связи в 100 Мбит/с явно недостаточно. Поэтому технология Ethernet была доработана, в результате чего скорость передачи данных возросла до 1 Гбит/с (миллиардов бит в секунду). Ее назвали 1000Base-T. Новая технология стала особенно привлекательной для создания корпоративных магистральных сетей, по которым проходит большой поток данных, поступающий от множества компьютеров. Однако при повышении скорости передачи данных снижается помехоустойчивость канала связи. Гигабитовый Ethernet оказался слишком восприимчивым к электромагнитным помехам. Поэтому кабель, без проблем работавший на скоростях 10 и даже 100 Мбит/с, не годился для технологии 1000Base-T. Подобно быстрому Ethernet, технология гигабитового Ethernet оптимизирована под высокую пропускную способность сети. Поэтому были сохранены первоначальные форматы пакетов и их максимальные размеры. Таким образом, пакеты данных, проходящие по сетям 10Base-T, 100Base-T и 1000Base-T, совместимы друг с другом. Следовательно, можно сконцентрировать потоки данных, проходящие по десяти загруженным сетям 100Base-T, в один поток и передать его по одной сети 1000Base-T.
читать далее »24.06.11 05:40 Службы Internet уровня приложений
С точки зрения конечного пользователя, Internet состоит из набора прикладных программ, которые используют ресурсы существующей сети для выполнения полезной работы по обмену информацией. Для обозначения возможности кооперации разнородных систем при решении вычислительных проблем мы будем использовать специальный термин степень взаимодействия (interoperability). Так вот, выражаясь научным языком, приложения для Internet имеют высокую степень взаимодействия. Большинство пользователей для доступа к Internet просто запускают одну из прикладных программ. При этом они даже не задумываются над тем, к компьютерам какого типа происходит обращение, как работает технология TCP/IP, какова структура сетей и по каким маршрутам проходят данные. Они во всем полагаются на прикладную программу и обслуживающее ее сетевое программное обеспечение, в которых все эти детали учитываются. Подробности работы сети на основе протокола TCP/IP и понимание происходящих при этом процессов необходимы только программистам, разрабатывающим сетевое программное обеспечение. К наиболее популярным и широко распространенным службам Internet можно отнести те, что перечислены ниже.
■ World Wide Web. Эта служба позволяет клиентам просматривать документы, содержащие текст и графику, и перемещаться по гиперссылкам от одного документа к другому. Бурный рост Web произошел в начале 1995 года. Как раз на это время приходится резкое увеличение потока данных этой службы по глобальной сети Internet. Служба Web не сдает своих позиций и в настоящее время. Некоторые из поставщиков услуг (провайдеров) Internet отмечают, что на Web приходится примерно 80% их общего трафика.
■ Электронная почта (e-mail). Программы электронной почты позволяют создавать текстовые документы и рассылать их копии одному или нескольким адресатам. Полученные сообщения можно прочитать с помощью тех же почтовых программ. Введение новых технологий позволяет включать в почтовые сообщения файлы любого типа. Развитие системы электронной почты было столь успешным, что теперь большинство пользователей Internet не представляет себе, как можно обходиться без электронных сообщений. Одна из причин огромной популярности службы электронной почты Internet состоит в хорошо продуманном проекте ее реализации: забота по доставке сообщений возложена на сам протокол. В рамках протокола оговорены не только способы установки прямой связи между почтовыми серверами отправителя и получателя, но и указывается, что сообщение не может быть удалено с компьютера отправителя до тех пор, пока получатель не поместит его копию в надежное для хранения место.
■ Пересылка файлов. Как следует из названия, эта служба позволяет обмениваться данными путем пересылки файлов. Служба пересылки файлов — одна из старейших в Internet, однако она продолжает интенсивно использоваться до сих пор. И хотя файлы небольших размеров можно отправить в виде вложения по электронной почте, без службы пересылки файлов не обойтись при передаче больших файлов. В этой службе предусмотрены способы авторизации пользователей, а также возможность запретить доступ всем пользователям. Пересылка файлов через сеть TCP/IP так же надежна, как и передача электронной почты, поскольку два компьютера непосредственно устанавливают соединение между собой, без участия третьего компьютера, выполняющего промежуточное хранение данных.
■ Удаленный доступ к системе. Эта служба позволяет подключиться к удаленной машине и установить с ней интерактивный сеанс связи. При этом на локальном компьютере пользователя появляется окно, в котором отображается информация, выводимая удаленным компьютером в ответ на ввод команд с клавиатуры локального компьютера. Как только сеанс связи с удаленной машиной завершается, управление возвращается операционной системе локального компьютера. Работа этих и других служб Internet будет детально описана в следующих главах. В них мы более конкретно расскажем, как в перечисленных службах используется семейство протоколов TCP/IP и почему применение протоколов уровня приложений гарантирует полную универсальность программ.
читать далее »24.06.11 05:40 Службы Internet
Взять в толк тех. подробности работы протокола TCP/IP нереально в отсутствии знакомства со службами, реализованными в Internet. В данном разделе мы осмотрим данные службы слишком коротко. Специальное внимание станет уделено тем из их, к коим в первую очередь обращаются юзеры. В последующих главах станет описано, как компы подключаются к сети TCP/IP и как реализуется необходимая для служб работоспособность. При обсуждении служб речь как правило пойдет о эталонах, которые величаются протоколами (protocols). Протокол, в том числе TCP или же IP, являет из себя набор синтаксических и семантических верховодил, применяемых при размене данными меж 2-мя компами. В нем оговаривается формат блоков известий, описывается реакция компа на получение особого на подобии известия и указываются приемы обработки промахов и прочих интересных обстановок. И собственно самое весомое, спасибо протоколам, нам предоставляется возможность обрисовать процесс размена данными меж PC, не привязываясь к некий явной компьютерной платформе либо сетевому оборудованию точного производителя. В каком-либо толке можнож заявить, собственно при передаче этих протокол считается таким же наиболее, нежели метод при исполнении вычислений. Скажем протокол, метод разрешает обрисовать или же взять в толк процесс вычислений в отсутствии привязки к системе команд точного процессора. Таким же образом коммуникационный протокол дозволяет обрисовать либо взять в толк процесс размена данными, не вдаваясь в составной части функционирования сетевого оборудования точного производителя. 2 В литературе нередко возможно встретить наименования Internet и internet. Как скоро идет речь о сети интернет сообщают Internet, а ежели подразумевается локальная сеть компании, коя построена на базе технологии TCP/IP, сообщают internet. Чтоб не перепутывать 2 недалёких по написанию слова нередко заместо internet сообщают intranet. Скрытие низкоуровневых необыкновенностей процесса передачи этих содействует увеличению производительности труда создателей. В первую очередь, так как программерам приходится столкнуться с протоколами, относящимися к довольно высочайшему уровню абстракции, им не надо помнить (причем даже учить!) тех. подробности применяемого аппаратного обеспечивания. В следствии этого свежую програмку можнож прописать довольно проворно. Во-2-х, потому что программы разрабатываются на базе модели, имеющей отношение к высочайшему уровню абстракции, который не находится в зависимости от точной зодчества PC или же вида сетевого оборудования, в их не надо вносить практически никаких конфигураций при переходе на иной вид оборудования либо изменении конфигурации сети. В-3-х, потому что в прикладных програмках применяются протоколы экстра класса, которые вновь ведь не находятся в зависимости от использующегося оборудования, они (программы) имеют все шансы гарантировать конкретное слияние меж 2-мя хоть какими компами сети. При всем этом программерам не надо делать специализированные версии программ для любого на подобии применяемого PC либо сети. Программы разрабатываются с применением многоцелевых протоколов. Потому одинаковый код возможно скомпилировать и запустить на всяком PC. Ниже мы увидим, собственно подробности функционирования служб Internet оговорены в отдельных протоколах. В последующем разделе станут осмотрены немного протоколов, имеющих отношение к сетевым службам Internet значения прибавлений, также к службам, формирующим сетевой уровень. В дальнейших главах любой из данных протоколов станет осмотрен во всех подробностях.
читать далее »24.06.11 05:39 Адресация сетевого оборудования
В каждой сетевой технологии определяется так называемый механизм адресации (addressing mechanism), используемый компьютерами для указания абонента сети, которому посылается пакет. Каждому компьютеру сети назначается уникальный адрес, который, как правило, является целым числом. Таким образом, в любом пакете, посылаемом по сети, есть так называемое поле адреса получателя (destination address field), в которое записывается числовой адрес получателя конкретного пакета. Важно то, что адрес получателя располагается на одном и том же месте (поле) во всех пакетах, поэтому сетевое оборудование может легко его распознать. Прежде чем передать пакет по сети, отправитель должен узнать адрес получателя и поместить его в соответствующее поле пакета. Методика назначения адресов оговаривается в каждой сетевой технологии и зависит от применяемого оборудования. Например, от этого зависит, сколько битов выделяется под поле адреса получателя и где оно располагается в пакете. Следует учитывать, что далеко не во всех сетевых технологиях используются совместимые системы адресации. Ниже в этой главе будут приведены примеры некоторых аппаратных систем адресации, а в последующих главах мы расскажем о том, как в семействе протоколов TCP/IP учитываются различия между ними.
читать далее »