Создание и обслуживание сетей в Windows 7

При проектировании и создании сети важную роль играет способ объединения компьютеров и других узлов. От него зависят скорость передачи данных, надежность сети, степень устойчивости к поломкам, возможности администрирования и многое другое. Первым и, пожалуй, самым важным фактором, от которого зависят упомянутые показатели, является топология сети.

Топология сети, или сетевая топология, – это описание схемы сети, включающее в себя способ взаимного расположения компьютеров и способ их объединения, а также правила, связанные с прокладкой кабеля, подключением оборудования, взаимодействием управляющих устройств и т. д.

Существует достаточно много способов объединения компьютеров. К их числу относятся топологии «шина», «звезда», «кольцо», «двойное кольцо», «дерево», «решетка» и др. Наибольшее распространение получили сетевые топологии «шина», «звезда» и «кольцо», поэтому именно они будут рассмотрены в данной книге.

Топология «шина»

Согласно топологии «шина», или, как ее еще часто называют, «общая шина» или «магистраль», все участники сети подключаются к центральному кабелю (рис. 4.1). Для предотвращения дальнейшего распространения и возможного отражения сигнала на концах кабеля устанавливаются специальные заглушки – терминаторы, один из которых обязательно заземляется.

Рис. 4.1. Пример топологии «шина»

Данные в такой сети передаются сразу всем компьютерам, поэтому задача каждого компьютера – проверить, не ему ли адресовано сообщение. Только компьютер, которому адресовано сообщение, может обработать его. При этом пока данные не будут обработаны, никакие сообщения больше не отправляются. Как только данные обработаны, сигнал об этом поступает в сеть и работа возобновляется.

Достоинство такой сети в том, что создать ее просто и достаточно дешево. При ее построении используется минимальное количество кабеля и не требуется никакого управляющего оборудования: в обмене данными участвуют только сетевые адаптеры компьютеров. В случае если количество компьютеров уже достаточно велико, сеть часто разбивается на сегменты, для соединения которых используются повторители – концентраторы, коммутаторы, мосты и т. п.

Главный минус сети – прямая зависимость скорости передачи данных от количества подключенных компьютеров: чем больше компьютеров и других устройств, тем ниже скорость передачи данных. Кроме того, обрыв центрального кабеля или нарушение контакта в любом из разъемов парализует работу всей сети, при этом обнаружить причину порой бывает очень сложно.

Топология «кольцо»

Согласно топологии «кольцо» все компьютеры сети подключаются последовательно и образуют своего рода замкнутую кольцевую структуру (рис. 4.2).

Для передачи данных в сети используется маркерная система, то есть в конкретный момент времени передавать данные может только компьютер, захвативший маркер. При этом данные передаются только следующему по кругу компьютеру (справа налево). Это позволяет избежать коллизий и увеличивает надежность сети в целом.

Рис. 4.2. Пример топологии «кольцо»

Когда компьютеру, обладающему маркером, необходимо передать данные, маркер дополняется адресом компьютера, которому эти данные предназначены, и маркерный блок отправляется в сеть по кругу. Каждый компьютер, который лежит на пути следования маркерного блока, считывает из него адрес получателя и сравнивает его со своим адресом: если адреса не совпадают, то компьютер отправляет маркерный блок далее по кругу, предварительно усилив сигнал. Если адреса совпали, то есть отправитель найден, формируется подтверждающий блок, который передается далее по кругу, к отправителю: в дальнейшем данные уже передаются по найденному пути до тех пор, пока они не будут переданы в полном объеме. Как только передача данных заканчивается, маркер освобождается и идет далее по кругу до первого компьютера, который также хочет передавать данные.

Использование топологии «кольцо» обладает рядом преимуществ. Например, каждый компьютер сети одновременно выступает повторителем, поэтому уменьшение уровня сигнала возможно только между соседними компьютерами, что напрямую зависит от расстояния между ними. Кроме этого, сеть способна справляться с очень большими объемами трафика за счет отсутствия коллизий и центрального управляющего узла.

Существуют, однако, и недостатки. К примеру, подключение нового компьютера требует остановки работы всей сети. Аналогичная ситуация случается, если один из компьютеров выходит из строя: сеть становится неработоспособной. Кроме того, поиск неисправности в такой сети сопряжен с множеством сложностей.

Топология «звезда»

Топология «звезда» на сегодня является наиболее распространенным способом объединения компьютеров в сеть. Согласно этой топологии каждый компьютер или устройство сети подключается к центральному узлу, тем самым образуя сегмент сети (рис. 4.3).

Сегменты сети общаются между собой посредством того же центрального узла либо промежуточного узла, образуя более сложную сеть или входя в состав комбинированной сети.

Рис. 4.3. Пример топологии «звезда»

В качестве центрального узла используется любое активное сетевое устройство с достаточным количеством портов. В самом простом случае в роли центрального узла выступает концентратор, при этом поступившие ему данные пересылаются сразу же всем подключенным к концентратору устройствам. Если на концентратор в один момент времени поступают данные от двух разных отправителей, оба пакета игнорируются.

В случае с более интеллектуальным узлом, например коммутатором, данные одновременно могут передаваться сразу несколькими компьютерами, что значительно увеличивает скорость передачи данных.

Несмотря на то что использование топологии «звезда» самое дорогостоящее (по сравнению с использованием других топологий), надежность сети и высокая скорость передачи данных делают ее применение практически стандартом. Кроме того, принятый уже достаточно давно стандарт АТХ подразумевает наличие на материнской плате персонального компьютера интегрированного сетевого адаптера, который изначально «заточен» под работу с этой топологией.

Теоретической основой функционирования сети является свод правил и стандартов, которые описывают так называемую модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI). Основным разработчиком модели является Международная организация по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO), поэтому очень часто используется более короткое название – модель ISO/OSI.

Согласно модели ISO/OSI существует семь уровней, пройдя через которые данные от одного компьютера могут быть переданы другому компьютеру, и абсолютно не важно, какая операционная система или оборудование при этом используется и каким образом данные попадают от источника к адресату.

Уровни имеют названия и расположены в следующем порядке: физический, канальный, сетевой, транспортный, сеансовый, уровень представления данных и прикладной уровень. Данные могут передаваться как в указанном, так и в обратном порядке. Так, при передаче данные начинают свое движение с прикладного уровня и доходят до физического уровня, который непосредственно связан со средой передачи данных. Если же данные принимаются, то они проходят путь от физического до прикладного уровня (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Схематическое отображение модели ISO/OSI

Описанная модель является стандартом для любой среды передачи данных, которых на сегодня используется три: кабель, радиоволны и инфракрасное излучение. Однако, учитывая особенности среды передачи данных, имеются определенные различия в работе физического и канального уровней модели ISO/OSI, в чем вы сможете убедиться далее.

Каждый уровень отвечает только за свою часть подготовки данных к приему или передаче, что в результате позволяет сделать процесс передачи/приема максимально эффективным и, самое главное, независимым от среды передачи данных. Кроме того, что немаловажно, это позволяет забыть о вопросе совместимости оборудования, которое используется для приема и передачи данных.

Как уже было упомянуто выше, модель ISO/OSI состоит из семи уровней, а именно:

▪ физический — передача и прием электрических сигналов;

▪ канальный — управление каналом связи и доступом к среде передачи данных;

▪ сетевой — определение оптимальных маршрутов передачи данных;

▪ транспортный — контроль целостности и правильности данных в процессе передачи и приема данных;

▪ сеансовый — создание, сопровождение и поддержание сеанса связи;

▪ уровень представления — кодирование и шифрование данных с помощью требуемых алгоритмов;

▪ прикладной — взаимодействие с клиентскими программами.

Данные между разными уровнями модели передаются посредством стандартных интерфейсов и протоколов передачи данных, главная задача которых – обработка полученных данных и приведение их к тому виду, который необходим для работы следующего уровня. Более подробно о разных протоколах передачи данных вы сможете узнать далее.