Еще десяток-другой лет назад никто даже понятия не имел, что такое сеть и зачем она нужна. Люди приобретали персональные компьютеры с одной целью – автоматизировать и ускорить требуемые вычисления. Таковыми считались различные операции: работа с текстом, создание и заполнение баз данных, знакомство с возможностями компьютера с помощью обучающих программ и многое другое. Работа с офисными программами, ведение баз данных, серфинг в Интернете, развлечения (игры, просмотр фильмов, прослушивание музыки) – эти функции выполняет компьютер сегодня.

Тем не менее разнообразные научные группы достаточно быстро стали осознавать, что мощности существующих компьютеров не хватает для выполнения большей части серьезных задач, от которых зависело дальнейшее развитие человечества. Поэтому абсолютно прогнозируемым и ожидаемым было появление способов объединения нескольких компьютеров для повышения их мощности в математических вычислениях. Как результат появилась локальная сеть.

В последнее время, когда информация в ее электронном проявлении превышает все вообразимые объемы, которые с каждым днем возрастают, наличие сети просто необходимо.

Количество компьютеров, используемых для тех или иных целей, огромно. Однако это совсем не означает, что любой пользователь может позволить себе приобрести компьютер такой конфигурации и мощности, которая его полностью устраивает. Например, кто-то решает приобрести жесткий диск увеличенного объема, в то же время отказывая себе в принтере или сканере. Другой же, наоборот, приобретает принтер, но не может сохранить внезапно увеличившийся объем информации. В этом случае наиболее логично взаимное использование ресурсов двух компьютеров. Из подобных размышлений и исходили разработчики современной сети. Как результат – возможность удаленного использования ресурсов.

Таким образом, сеть – это соединение двух и более компьютеров с помощью одного из видов связи с целью использования общих ресурсов. Благодаря этому сеть позволяет экономить время и деньги, достигая при этом поставленной цели.

Существует две разновидности сети: локальная (Local Area Networks, LAN) и глобальная (Wide Area Networks, WAN), причем вторая – это частный случай первой сети, только в гораздо больших масштабах.

Локальная сеть

представляет собой сеть из компьютеров, расположенных, как правило, на достаточно небольшом удалении друг от друга, например в одном офисе, доме или на предприятии. Однако при этом не исключаются случаи достаточно большого удаления отдельных сегментов сети друг от друга.

Глобальная сеть

предусматривает соединение компьютеров, которые могут находиться на значительном удалении друг от друга (10 и более километров). Яркий пример глобальной сети – Интернет.

Локальная и глобальная сети различаются только организацией взаимодействия между компьютерами.

Локальные сети в зависимости от их масштабности и характера применения можно разделить на офисные (корпоративные) и домашние. Первые характеризуются строгостью исполнения и наполнения, то есть своей стандартизацией. Способ организации вторых, как правило, достаточно хаотичный.

Многих пользователей пугает словосочетание «создание сети», а точнее, тот объем работ, который требуется при этом выполнить. Однако все не так страшно.

Судите сами: если сеть состоит всего из двух компьютеров, то нужно только сделать или купить шнур, с помощью которого соединить машины. Еще проще – приобрести два беспроводных адаптера и договориться о параметрах соединения по телефону, не выходя из дома.

Если необходимо подключить больше двух компьютеров, то максимум, что придется сделать, – удлинить кабель или подключить его к концентратору или коммутатору. В случае с беспроводной сетью – приобрести еще один беспроводный адаптер или точку доступа.

Если к сети планируется подключить десять и более компьютеров, то обязательно найдутся пользователи, которые захотят поучаствовать в создании сети и помочь.

Из вышесказанного следует, что сеть очень часто создают своими руками. Единственное, что для этого нужно, – твердое желание, подкрепленное необходимыми теоретическими сведениями. Если планируется создание проводной сети, то понадобится инструмент (его можно одолжить на время) для обжима коннекторов.

Сегодня основное преимущество при планировании будущей сети отдается ее проводному варианту. Почему? Все очень просто: несмотря на дороговизну создания, данный тип сети предусматривает максимально возможную пропускную способность, которой с лихвой достаточно для выполнения заданий любой сложности. С другой стороны, если отсутствует возможность прокладки кабеля – это территория беспроводной сети.

Перед созданием проводной (кабельной) сети следует выяснить, как и где будут располагаться подключаемые компьютеры. Также нужно определить место для необходимого сетевого оборудования и то, как будут проходить связывающие кабели. Одним словом, необходимо подумать о будущей

топологии

сети.

От выбора топологии зависит очень много, в частности необходимое сетевое оборудование, а также будущая судьба сети, то есть возможности ее расширения.

Каждая из существующих технологий имеет свои требования к кабелю, который будет соединять компьютеры, максимальную длину сегмента,

[1]

способ ведения кабеля и т. д.

Сегодня существуют три различные топологии проводной сети: «общая шина», «звезда» и «кольцо». Кроме того, достаточно часто встречаются компьютерные сети, являющиеся своего рода пересечением этих топологий.

С момента появления первой локальной сети того времени многое изменилось, в том числе и ее стандарты, скорость передачи информации по ее сегментам и т. п. За все время развития компьютерной индустрии сформировалось достаточно много стандартов, каждый из которых предлагает пользователю определенные удобства.

Что такое «стандарт» и зачем он нужен?

Представьте себе, из какого количества разнообразных компонентов состоит локальная сеть. Во-первых, компьютер и сетевая операционная система; во-вторых, сетевая карта; в-третьих, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы и т. п.; в-четвертых, программное обеспечение, работающее с сетевой картой. Требования ко всем этим компонентам разнообразны, кроме того, их выпускают разные производители, поэтому без согласованности трудно достичь нужного результата. Для этого и существует понятие стандарта.

Естественно, разработкой стандартов занимаются крупные организации или комитеты, обладающие соответствующими специалистами:

Рассмотрев достаточно много сетевых стандартов, которые находят применение в случае использования той или иной сетевой топологии, можно составить список основных преимуществ и недостатков проводной сети. Данная информация обязательно пригодится читателю и позволит сравнить проводную и беспроводную сети, что, в свою очередь, окончательно поможет определиться с выбором будущей сети.

Из преимуществ проводной сети можно отметить следующие.

• Высокая производительность. Как вы уже знаете, существует целый ряд стандартов, позволяющих передавать данные в сети со скоростью более 100 Мбит/с. Как показывает практика, такой скорости вполне хватает для комфортной работы достаточно большой сети с несколькими серверами. Кроме того, можно в любой момент перейти и на более быстрый стандарт, просто заменив имеющееся оборудование более скоростным.

• Практически неограниченная расширяемость сети. Запаса по количеству подключаемого оборудования хватает для сети любого объема.

• Возможность обслуживания сегментов сети с разными топологиями. Данный факт очень важен, так как позволяет соединить воедино сети с разными топологиями, для чего потребуется только иметь соответствующий мост или маршрутизатор. При этом можно организовывать виртуальные сети с четко ограниченными наборами прав доступа и т. п.

Беспроводная сеть – еще один вариант связи, который можно использовать для соединения компьютеров в сеть. Главное преимущество такой сети перед проводной сетью – мобильность, то есть можно спокойно передвигать компьютер или даже носить его с собой, в то же время оставаясь на связи.

Как и в случае с проводной сетью, беспроводная сеть также предполагает наличие собственных сетевых стандартов, которые описывают правила функционирования сети для обеспечения ее максимальной производительности.

Существует несколько типов беспроводной сети, характеризующихся разными показателями производительности и условиями использования. Наибольшее распространение среди них получили Wi-Fi-сети.

Ниже в данной главе можно познакомиться с существующими сетевыми стандартами, технологиями передачи данных и многими другими понятиями, используемыми при планировании будущей беспроводной сети.

Специфика использования радиоэфира в качестве среды передачи данных накладывает свои ограничения на топологию данной сети. Если сравнивать ее с топологией проводной сети, то наиболее близкими вариантами оказываются топология «звезда» и комбинированная топология «кольцо» и «общая шина».

Беспроводные сети, как и многое другое, развиваются под контролем соответствующих организаций, самой главной среди которых является «Институт инженеров электротехники и электроники» (Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE). В частности, беспроводные стандарты, сетевое оборудование и все, что относится к беспроводным сетям, контролирует «Рабочая группа по беспроводным локальным сетям» (Working Group for Wireless Local Area Networks, WLAN), в состав которой входят более 100 представителей из разных университетов и фирм – разработчиков сетевого оборудования. Эта комиссия собирается несколько раз в год с целью совершенствования существующих стандартов, рассмотрения и создания новых, базирующихся на последних исследованиях и компьютерных достижениях.

В России также организована «Ассоциация беспроводных сетей передачи данных» («БЕСЕДА»), которая занимается ведением единой политики в области беспроводных сетей передачи данных. Она же и контролирует развитие рынка беспроводных сетей, предоставляет разные услуги при подключении, организует создание и развитие новых центров беспроводного доступа и т. д.

Сегодня используют два варианта беспроводной архитектуры, то есть два варианта построения сети:

независимая конфигурация

(ad-hoc) и

инфраструктурная конфигурация.

Отличия между ними незначительные, однако они кардинально влияют на такие показатели, как количество подключаемых пользователей, радиус сети, помехоустойчивость сети и т. д.

Развитие технологии Radio Ethernet началось с 1990 года. Родоначальниками ее стали специалисты из «Института инженеров электротехники и радиоэлектроники», которые были объединены в группу с названием 802.11 Working Group. Разработка длилась более пяти лет и завершилась созданием спецификации IEEE 802.11, которая является группой стандартов для беспроводных локальных сетей.

Radio Ethernet представляет собой набор стандартов беспроводной передачи данных. Они получают все большее распространение среди пользователей Интернета благодаря некоторым преимуществам перед стандартами, использующимися для передачи данных в кабельную систему.

Ниже описаны основные стандарты IEEE 802.11, которые предписывают метод и скорость передачи данных, метод модуляции, мощность передатчиков, полосы частот, на которых они работают, методы аутентификации, шифрования и многое другое.

С самого начала сложилось так, что часть стандартов работает на физическом уровне, часть – на уровне среды передачи данных, а остальные на более высоких уровнях модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI.

Стандарты делятся на следующие группы:

Методы и технологии модуляции сигнала на физическом уровне меняются в зависимости от стандарта беспроводной сети. В этом нет ничего странного, так как каждая технология имеет свои ограничения и достичь каких-либо новых результатов с применением старых технологий удается крайне редко.

Как бы там ни было, сегодня существуют следующие спецификации и технологии физического уровня беспроводной сети:

• спецификация для работы в инфракрасном диапазоне;

• спецификация DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) – определяет работу устройств в диапазоне радиочастот по радиоканалам с широкополосной модуляцией с прямым расширением спектра методами прямой псевдослучайной последовательности;

• спецификация FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) – определяет работу устройств в диапазоне радиочастот по радиоканалам с широкополосной модуляцией со скачкообразной перестройкой частоты методами псевдослучайной перестройки частоты;

Технология кодирования с использованием комплементарных кодов (Complementary Code Keying, ССК) применяется для кодирования битов данных с целью их сжатия, что позволяет достичь повышения скорости передачи данных.

Изначально данная технология начала использоваться в стандарте IEEE 802.11b, что позволило достичь скорости передачи данных в 5,5 Мбит/с и 11 Мбит/с. При этом с ее помощью удается кодировать несколько битов в один символ. В частности, при скорости передачи данных 5,5 Мбит/с один символ равен 4 битам, а при скорости 11 Мбит/с – 8 битам данных.

Данный способ кодирования описывается достаточно сложными системами математических уравнений, в основе которых лежат комплементарные восьмиразрядные комплексные последовательности.

Технологию гибридного кодирования CCK-OFDM используют при работе оборудования и с обязательными, и с опциональными скоростями передачи данных.

Кроме описанных ранее типов сети, также можно отметить еще несколько вариантов, имеющих некоторую специфику. Например, кроме уже устоявшихся стандартов типа 802.3 и 802.11, существуют стандарты HomePNA, HomePlug и другие, которые в качестве физической среды передачи данных используют специфические способы, например существующую телефонную или электрическую проводку. Кроме того, к подобным сетям смело можно отнести и «домашнюю» сеть, так как она, как правило, представляет собой хаотично построенную сеть с только создателю известной топологией и стандартом передачи данных.

Использование телефонной проводки в качестве физической среды для создания сетей практикуется уже достаточно давно, а если точнее, то примерно с середины 90-х годов. Подобный подход абсолютно оправдан: почему бы не использовать уже имеющуюся в здании телефонную проводку, если это возможно? Как бы дико такой способ обмена информацией между компьютерами ни выглядел, он существует и работает, причем способен функционировать там, где любой другой вид связи не проходит.

Инициатором такого способа передачи данных стала малоизвестная фирма Tut Systems, предложившая способ передачи информации со скоростью 1 Мбит/с. На то время, конечно, существовали и более продвинутые варианты передачи данных, тем не менее такой способ понравился многим. Как результат был сформирован альянс HomePNA (Home Phoneline Networking Alliance), который и взял в руки дальнейшую судьбу стандарта.

Сегодня существует два стандарта такой сети: HomePNA 1.0 и HomePNA 2.0. Главные отличия между ними – скорость и дальность передачи данных. Так, если стандарт HomePNA 1.0 подразумевает передачу данных на скорости до 1 Мбит/с на расстояние до 150 м, то стандарт HomePNA 2.0 позволяет делать то же самое со скоростью 10 Мбит/с и на расстояние до 350 м. При этом может обслуживаться до 32 рабочих мест.

Известно также, что ведется работа над стандартом HomePNA 3.0, который обеспечивает скорость передачи данных до 128 Мбит/с. Хотя стандарт еще не принят, в продаже уже можно найти устройства подобного рода.

Чем же выгодна такая сеть? Вот только несколько причин, почему стоит использовать сети из телефонной проводки:

Вряд ли найдется здание, в котором бы не была проложена электропроводка. Как и в случае с сетями стандарта HomePNA, лет десять назад началась разработка стандартов сети, позволяющих использовать в качестве физической среды передачи данных обычную электропроводку.

Такое рвение оправданно, так как позволяет проложить сеть там, где невозможно использование других вариантов, например в подвалах, бункерах и т. п. Кроме того, подобную сеть спокойно можно использовать и в офисе или дома, когда в сеть необходимо подключить небольшое количество компьютеров.

Примерно в 2000 году был создан альянс HomePlug Powerline Alliance, в который вошло около 13 крупнейших компаний, связанных с сетями, таких как AMD, 3Com, Cisco Systems, Hewlett-Packard, Intel, Motorola и другие. Целью альянса стала разработка стандарта с устойчивыми параметрами передачи данных с учетом всех особенностей электрической проводки.

Результатом работы альянса стало появление стандарта HomePlug 1.0, позволяющего достичь теоретической скорости передачи данных 10 Мбит/с на расстоянии до 300 м. Однако 300 м – это совсем не предел. Возможны несколько вариантов обмена информацией с использованием определенных сетевых адаптеров.

• Низкоскоростной обмен – длина сети может исчисляться десятками километров, однако скорость передачи данных очень низкая и может составлять десятки бит. Подобная скорость передачи данных используется для пересылки служебной информации малого объема.

Очень часто случается, что нужно постоянно или разово быстро переписать большой объем информации с одного компьютера на другой, рядом стоящий. При этом использовать какие-то средства переноса данных нежелательно или просто лень. В этом случае элементарно можно организовать сеть из двух компьютеров, благо способов это сделать существует достаточно много.

Аналогичный вопрос часто возникает в домашних условиях, когда в обиходе имеется два компьютера. Правда, причины для этого несколько другие, обычно носящие развлекательный характер, однако это не играет никакой роли. Такая же ситуация может возникнуть в малых офисах, где работает около десяти человек и установлено только две машины, которые нужно объединить в производственных целях, например для работы с единой базой данных.

В данной главе рассматриваются разные варианты соединения компьютеров. Каждый из них имеет свои недостатки и преимущества. Так, разные способы соединения двух компьютеров определяют максимальную скорость обмена данными между ними. Поэтому вопрос определения оптимального по показателям цена/качество/скорость варианта ложится на самого пользователя исходя из конкретной ситуации.

Данное соединение подразумевает использование специального нуль-модемного кабеля, подключенного к коммуникационным портам (LPT или СОМ) на компьютерах, которые нужно соединить.

Наверняка в последнее время вы часто слышите словосочетание «домашняя сеть». Может быть, вам даже предлагают подключиться к такой сети. Не пугайтесь: это явление нормальное и повсеместное. Домашние сети возникают как грибы после дождя, и это хорошо, так как позволяет пользователям компьютеров получать понравившиеся информационные услуги не только на работе, но и дома.

Стоит сразу оговориться, что слово «домашняя» в этом случае принимает несколько другое значение, чем обычно. Оно не имеет ничего общего с домашним уютом, домашними тапочками или халатом. В случае с сетями слово «домашняя» стоит ассоциировать со словом «домовая». Домовая сеть, то есть сеть, построенная в доме, между домами, между кварталами и т. п. Поскольку слово «домовая» звучит явно некрасиво, его место заняло слово «домашняя».

Таким образом, обычно домашняя сеть – это полноценная локальная сеть, однако построенная без строгого соблюдения топологий, стандартов и т. д. Почему так? Все очень просто. Поскольку жилая квартира – не офис, не каждый согласится буравить стены, пробивать оконные рамы и разрешать другие подобные действия, чтобы подключить свой компьютер (компьютеры) к сети. В этом случае создатели домашней сети, как правило, идут навстречу пользователям, предлагая им альтернативный вариант. Вот и получается, что компьютеры подключаются любым доступным (быстрым, дешевым, легко ремонтируемым) способом. Соответственно проводка, если таковая используется, может находиться в самых невероятных местах.

На практике чаще всего встречаются домашние сети, которые в своей основе используют топологию «звезда» с применением кабеля на основе витой пары и сетевого стандарта Ethernet 802.3 100Base-TX. Кроме того, здесь же уживаются и беспроводные, и оптоволоконные сегменты для удлинения сети.

Если вы были последовательны, то уже успели познакомиться с основными типами и топологиями сетей, а также сетевыми стандартами. Как и любая другая область жизни и работы человека, все действия находятся под неусыпным контролем разного рода законов и стандартов. Иначе и быть не может, так как в противном случае начинается хаос. Например, благодаря этим стандартам производители знают, какими параметрами и функциями должно обладать производимое ими оборудование, чтобы работать в тех или иных условиях.

Что касается любого типа сети, она подчиняется своим правилам и стандартам, роль которых выполняют модель взаимодействий ISO/OSI и протоколы передачи данных.

Пожалуй, ключевым понятием в стандартизации сетей и всего, что к ним относится, является

модель взаимодействия открытых систем

(Open System Interconnection, OSI), разработанная «Международной организацией по стандартизации» (International Standards Organization, ISO). На практике применяется название

модель ISO/OSI.

Описываемая модель состоит из семи уровней (рис. 5.1), каждый из которых отвечает за определенный круг задач, осуществляя их с помощью заложенных в этот уровень алгоритмов – стандартов. Поскольку главная задача – выполнить глобальную цель, то уровни связаны между собой посредством интерфейсов (процедуры взаимодействия, протоколы). Таким образом, выполнив свою часть задачи, нижестоящий уровень передает готовые данные вышестоящему. Если эти сведения по какой-то причине не соответствуют шаблону, то они возвращаются обратно на предыдущий уровень для доработки. Получается, что, когда информация пройдет всю цепочку из семи уровней, на выходе будут готовые к «употреблению» данные.

Рис. 5.1. Уровни модели ISO/OSI

В предыдущем разделе была очень кратко рассмотрена модель ISO/OSI, которая описывает работу любого сетевого оборудования и сети в целом. Однако это всего лишь модель, рисунок на бумаге. Чтобы все это начало работать, необходим реализующий ее механизм, которым является протокол передачи данных, точнее, множество протоколов.

Таким образом,

протокол –

набор правил, используя которые можно передать данные между компьютерами. Все эти правила работают в рамках модели ISO/OSI и не могут отступать от нее ни на шаг, так как это может повлечь за собой несовместимость оборудования и программного обеспечения.

Поскольку каждый из уровней модели ISO/OSI обладает своими особенностями, реализация всех этих особенностей невозможна в рамках одного протокола. Мало того, она даже невыгодна, так как значительную часть логики можно создавать на уровне аппаратного обеспечения, что приводит к ускорению обработки данных. Исходя из этих соображений было разработано множество узконаправленных протоколов, каждый из которых выполняет свою задачу и делает это с максимальной отдачей и быстродействием.

Все протоколы можно разделить на низкоуровневые и высокоуровневые.

Низкоуровневые реализованы давно, и никаких кардинальных изменений в них не вносится, что за длительное время их использования позволило найти и устранить все возможные дыры и ошибки.

NetBIOS (Network Basic Input/Output System) – один из первых сетевых протоколов, разработанный в 1984 году для создания интерфейса передачи сообщений по локальной сети: как одноранговой, так и на основе сервера.

Чтобы передавать сообщения по сети NetBIOS, используются логические имена компьютеров. Когда такая машина заходит в сеть, она не только сообщает об этом всем остальным, но и заносит их имена в свою динамическую таблицу.

В силу своей простоты NetBIOS – один из самых быстрых протоколов, и это его сильная сторона.

На самом деле NetBIOS не является полноценным протоколом, так как описывает только программную часть передачи данных – набор сетевых API-функций. Это означает, что, используя его, можно только подготовить данные для передачи. Физическая же передача может осуществляться только с помощью любого транспортного протокола, например TCP.

Протоколы IPX и SPX – представители стека протоколов, разработанных компанией Novell, которая в свое время являлась прямым конкурентом компании Microsoft. Конкуренция велась в области сетевых операционных систем: с одной стороны стояла операционная система Novell Netware, с другой – Windows NT. Соответственно каждая из этих систем использовала свой набор протоколов.

К сожалению, со временем Novell сдала свои позиции, и первенство завоевали сетевые версии операционных систем Windows NT. Тем не менее разработанные Novell протоколы используют до сих пор и будут использоваться еще очень долго.

Протоколы IPX и SPX являются продолжением протокола XNS компании Xerox, который не получил широкого распространения.

IPX/SPX представляет собой набор подпротоколов, каждый из которых может выполнять возложенную на него задачу на высоком уровне (рис. 5.2). Тем не менее два нижних уровня (физический и сетевой) реализуют стандартные протоколы Ethernet.