«Локальные сети. Полное руководство. Перевод с английского Криста Андэрсон с Марком Минаси Локальные сети. Полное руководство: Пер. - К.: ВЕК+, М.: ЭНТРОП, с англ.-СПб.: КОРОНА принт, 1999.— 624 с., ил. ISBN ...»

Звездообразная физическая топология В сети, построенной по звездообразной топологии, каждый сервер и рабочая станция подключаются к центральному концентратору, который обеспечивает связь между ними, поэтому сеть, в которой используется звездообразная топология, будет выглядеть примерно так, как показано на рис. 2.3.

В первых сетях для передачи данных использовалась звездообразная топология для подключения неинтеллектуальных терминалов к мэйнфреймам. Почему же эта топология повсеместно используется и до сих пор? Вероятно, потому, что при ее использовании существенно легче работать в сети. Каждая рабочая станция и сервер имеют отдельное соединение с центральной коммутационной станцией. Это значит, что каждое соединение работает независимо. Обрыв кабеля, идущего к рабочей станции А, не окажет воздействия на рабочую станцию В. Это также означает, что для такой сети относительно легко создать кабельную систему, поскольку можно не тревожиться о том, как расположены относительно друг друга компьютеры в сети. Пока длина отрезка кабеля от каждой рабочей станции или сервера до центральной коммутационной станции не превышает максимально допустимого значения, никаких проблем не возникает.

Центральной частью сети, построенной по звездообразной топологии, является концентратор. Концентраторы могут быть разными, но их суть проста: это устройства, реализующие центральный узел для всех сетевых кабелей, обеспечивая тем самым связь между портами, что позволяет компьютерам подключаться к нему для обмена сообщениями. (В гл. 5 "Дополнительное сетевое оборудование" конструкция концентраторов будет рассмотрена более подробно.) Еще одним важным преимуществом такой сети является то, что в ней легко диагностировать неисправности. Как было ранее описано в разделе "Физическая шинная топология", при возникновении сбоя в сети с шинной топологией может оказаться очень непросто точно определить, в чем заключается проблема, если, конечно, не просматривать все узлы подряд В сети, построенной по звездообразной топологии, найти ее источник очень легко. Если некий узел не работает, то проблему, очевидно, следует искать где-то между портом концентратора и физически подключенным к нему узлом. Следует проверить, что является источником нарушения работоспособности:

• терминал;

• кабель между концентратором и терминалом;

• порт концентратора, обслуживающий терминал, вызывающий беспокойство.

Если ни один из узлов сети не обеспечивает качественное соединение сервера и концентратора (неплохо держать один концентратор про запас, если это возможно), то проблема, вероятно, заключается в сервере. Если это так, то самое время уповать на то, что вы запланировали сделать для отказоустойчивой работы системы и на то, что вы сделали резервные копии файлов.

Звездообразная топология также хорошо подходит и для физически распределенных сетей. Представьте себе сеть с четырьмя компьютерами - три рабочих станции и один сервер. Если одна станция находится на этаже сверху, а две — на этаже снизу, да еще и в отдельных комнатах, то значительно проще проложить отдельный сетевой кабель к каждому компьютеру, не беспокоясь о связях всех узлов друг с другом, а затем подключить все кабели к концентратору.

Конечно, звездообразная топология имеет один серьезный недостаток: в ней используется много кабеля. К каждому элементу сети требуется проложить свой собственный кабель. Наличие центрального концентратора и в самом деле не является наиболее эффективным методом организации кабельной системы, поэтому если вы заинтересованы в снижении стоимости сети, а узлы расположены рядом друг с другом, вы, вероятно, предпочтёте шинную топологию.

Распределенная физическая звездообразная топология Для больших сетей одного концентратора может оказаться недостаточно. Возможно, у него будет маловато портов для поддержки всех компьютеров сети или компьютеры слишком далеко отстоят от концентратора, или одновременно и то, и другое. Для подключения всех устройств к сети может потребоваться несколько концентраторов, но идея создания в одном здании трех или четырех отдельных сетей может показаться не очень привлекательной. Как же решить проблему?

Это случай, для которого может пригодиться одна из разновидностей физической звездообразной топологии: связанная звезда (connected star) или распределенная звезда (distributed star). Здесь концентраторы сети последовательно подключены друг к другу, так что все они могут обмениваться информацией (рис. 2.4). Такая организация сети имеет некоторые недостатки, свойственные сети, построенной по шинной топологии: разрыв кабеля между двумя концентраторами изолирует части сети по обеим сторонам разрыва.

Однако этот недостаток компенсируется тем, что при отсутствии шины концентраторы были бы изолированы друг от друга в любом случае.

Физическая кольцевая топология Наконец, рассмотрим физическую топологию, с которой вам вряд ли придётся столкнуться на практике, но, тем не менее, заслуживающую упоминания. Это сеть, построенная по физической кольцевой топологии (рис. 2.5), в которой все персональные компьютеры сети для обеспечения целостности сети соединены в кольцо, выполненное в виде пары кабелей, проложенных между каждым узлом. Такая система вполне работоспособна, но её стоимость и трудоёмкость прокладки кабельной системы весьма велики, поскольку и такой сети затраты на кабель удваиваются.

Такую сеть иногда применяют для глобальных оптоволоконных сетей, поскольку это неплохой способ предоставить множеству узлов в региональной области доступ к оптоволоконной сети. Однако автору известна только одна локальная сеть, использующая физическую топологию кольца — старая система автоматизированного офиса фирмы IBM, называемая 8100. Вам, вероятно, не придется сталкиваться ни с одной подобной системой, поэтому просто учтите, что такая топология существует, и забудьте о ней. Исключением из этого правила является технология оптоволоконных каналов (см. раздел "Скоростные сети Fast Ethernet и Gigabit Ethernet" далее в этой главе), в которой может использоваться физическая кольцевая структура для создания средств физического уровня, реализующих высокоскоростную линию связи между узлами сети и другой аппаратурой. Из-за высокой стоимости оптоволоконных линий связи, вы вряд ли встретитесь с ними на практике, но реально они существуют.

Быть может, кто-то из читателей уже чешет затылок, говоря: "Я знаю кое-кого, кто пользуется сетью с кольцевой топологией!". Вероятно, они вспомнили сеть Token Ring.

(Token Ring - система разводки сетевых связей, предложенная IBM, в которой используется логическая кольцевая топология и предусматривается передача маркера (token). Далее мы ее рассмотрим).

Логическая топология Логическая, или электрическая, топология описывают способ, в соответствии с которым устройства сети передают информацию от одного узла к следующему, но нельзя путать его с теми линиями, которые нарисованы на структурной схеме сети. Однако это не просто понятия из области чистой теории, поскольку способ, в соответствии с которым сеть должна передавать информацию, может напрямую воздействовать на ваши решения при покупке кабеля или сетевых интерфейсных плат.

Поскольку мы переходим к рассмотрению логической топологии, помните, что физическая топология не имеет прямого отношения к логической. Сеть может иметь физическую звездообразную топологию и логическую кольцевую или физическую звездообразную и логическую шинную и т. д.

Логическая шинная топология Ethernet — наиболее известный пример сети с логической шинной топологией — является самым популярным типом локальной сети. Как вы вскоре увидите, топология Ethernet — не то же самое, что физическая шинная топология (эта концепция не всегда легко воспринимается и приходится ее повторять для лучшего усвоения).

Как работает сеть с логической шинной топологией? Говоря простым языком, каждый раз, когда у какого-либо узла сети оказываются данные для другого узла, то первый узел производит "оповещение" всей сети. Все остальные узлы "слушают" сеть и проверяют, предназначены эти данные для них или нет. Если предназначены, то они "оставляют их себе", если нет — игнорируют. Каждая плата Ethernet имеет специфический (выделенный специально для нее) 48-битовый адрес, и каждая "порция" данных, путешествующая по сети, направляется по адресу платы в тот узел, который должен принять данные.

Примечание А что произойдет, если пакет предназначен сразу для нескольких рабочих станций? Сетевое программное обеспечение может дать указание плате Ethernet "прослушивать" определенные групповые адреса. Если пакет для всей сети, то его целевой адрес должен быть равен 1s, и его должна принять каждая плата.

Кто бы и что бы ни передал в сеть, его услышат все. Это несколько напоминает старые телефонные линии коллективного использования, в которых несколько соседей совместно пользовались одним телефонным номером. Каждому из них назначался отличный от прочих сигнальный звонок, определяющий, кто должен принять телефонный вызов.

Если, скажем, у вас три коротких звонка, вы принимали вызов, поскольку знали, что звонят вам. С другой стороны, если вы слышали два длинных и один короткий звонок, то знали, что звонят вашему соседу Барту и могли не обращать на звонок никакого внимания. Во всяком случае, звонок слышали все, а отвечать могла только одна персона — та, которой этот телефонный вызов предназначался. Сети с шинной топологией работают подобным образом, однако они эффективнее по сравнению со старыми "коллективными" линиями связи, поскольку соседние компьютеры в сети могут не обрабатывать не относящиеся к ним данные.

Итак, мы знаем, как данные находят в сети пункт назначения. Но как же сетевые компьютеры их посылают? В сети с шинной топологией каждая рабочая станция может посылать информацию в модуле сигналов, называемом пакетом. Данные, передаваемые по сети любого типа, должны удовлетворять жестко заданному формату - формату кадра канального уровня (Data Link Layer Frame), который используют для упорядочивания данных. Этот формат определен на канальном уровне модели OSI (см. гл. 1).

Примечание Пакеты в Ethernet могут иметь различную длину, но длина не должна превышать 1518 байт, потому что тогда никакая рабочая станция не будет работать на передачу слишком долго, загружая сеть. (Об этом в разделе "Стандарт Ethernet (802.3n)" этой главы).

Перед тем как рабочая станция начнет широковещательную передачу в сеть, она прослушивает "эфир" и определяет, не пользуется ли сейчас сетью кто-либо еще. Если сеть свободна, рабочая станция начинает широковещательную передачу.

А что будет, если сеть занята? Наибольшая проблема в методе широковещательной сетевой передачи - расстояние. Если расстояние между двумя компьютерами в одной и той же сети (назовем их Узел А и Узел Б) слишком велико, они могут не услышать сигналов друг друга в линии связи. Если они не могут "слышать" друг друга, то Узел А не может сказать, передает информацию Узел Б или нет. Думая, что все тихо, Узел А может наГлава 2. Планирование сетевой архитектуры чать свою передачу, когда Узел Б еще передает данные. Если это случится, и два узла будут передавать информацию одновременно, произойдет конфликт пакетов, приводящий к "пульсации" частоты сигнала в кабеле. Первый же узел, который заметит возросшую пульсацию частоты сигнала, пошлет высокочастотный сигнал, отменяющий все другие, и сообщит всем узлам, что случился конфликт, и что все узлы сети должны остановить передачу пакетов. Далее каждый узел "молчит" в течение некоторого промежутка времени, продолжительность которого задается случайным образом, после чего повторно делает попытку широковещательной передачи. Прежде чем отказаться от новых попыток они делают это до 16 раз. Познакомьтесь со вставкой "Восстановление работы узлов после конфликтов", описывающей этот процесс для сетей Ethernet. Рис. 2.6. иллюстрирует этот процесс в сетях Ethernet.

Восстановление работы узлов после конфликтов Метод, который используется узлами для выбора времени передачи данных, называется усеченный двоичный порядок выдержки времени (в отличие от почти всех терминов в мире LAN для этого названия нет общепринятого акронима или аббревиатуры). Говоря проще, этот метод работает так: каждый из двух узлов войдя в противоречие, генерирует случайное целое число в диапазоне между 1 и 2, умножает это число на одну вторую и затем делает паузу на это количество миллисекунд перед повторной передачей. Конечно, при первой попытке есть вероятность того (она равна 0,5), что узлы А и Б выберут одинаковое число, и поэтому им придется повторить попытку. В следующий раз узлы А и Б будут случайным образом выбирать число из диапазона 1—4 и снова повторять попытку.

Если они снова выберут одинаковые числа, то далее уже будут выбирать число из диапазона 1—8. Все это продолжается вместе с удвоением верхней границы числового диапазона И каждом шаге, до тех пор, пока или узлы А и Б выберут разные числа, или не будет сделано 16 попыток. После этого дальнейшие попытки выбора прекратятся. Вероятность установления связи между узлами А и Б весьма высока, но при выполнении шестнадцатой попытки задержка перед соединением достигнет половины секунды. Представьте, что это значит для сети со скоростью передачи данных 100 миллионов бит в секунду. Однако необходимость выполнения такого количества попыток возникает очень редко.

Насколько вероятно возникновение конфликтов? Использование кабелей, длина которых не превышает допустимой величины, снижает шанс возникновения конфликта, поскольку узлы смогут услышать широковещательную передачу других узлов. (Например, применительно к сети Ethernet это значит, что участок кабеля не должен быть длиннее метров, после чего сигнал следует усилить.) Фактически, метод работы сети с логической шинной топологией увеличивает вероятность возникновения конфликтов пакетов. Если узел не может выполнить широковещательную передачу, пока сеть занята, то что же случится, когда линия связи освободится, а несколько узлов уже будут иметь данные для передачи? Они внезапно начнут одновременно передавать свою информацию, в результате чего снова могут возникнуть конфликты.

Учтите, что описанная выше процедура имеет место в сетевых платах Ethernet. Поэтому, если вы намереваетесь использовать топологию Ethernet, во всех узлах сети должны быть установлены платы Ethernet. Сеть Ethernet может быть построена на базе физической шинной, звездообразной или кольцевой топологии.

Примечание Сеть Ethernet не является единственным примером использования логической шинной топологии, однако это наиболее известный ее пример. Другие сети, в которых используется логическая шинная топология, включая LANtastic фирмы ArtiSoft и LocalTalk/AppleTalk, построены на базе компьютеров Macintosh. Сеть LocalTalk способна передавать только четверть миллионов бит в секунду, но в ней используются многие базовые принципы построения сети Ethernet.

Логическая кольцевая топология Логическая шинная топология является системой широковещательной передачи: то, что "скажет" одна станция, "слышат" все остальные. А вот сеть построенная по кольцевой топологии функционирует иначе. В таких сетях, как Token Ring и FDDI (Fiber Distributed Data Interface - распределенный интерфейс передачи данных по оптоволоконным каналам), каждая станция должна повторять то, что она услышит от предыдущей, работая при переносе данных подобно "пожарной цепочке". Когда порция данных возвращается их отправителю, передача прекращается. Весь файл не может быть передан целиком в виде одного пакета, поэтому он будет передаваться порциями (рис. 2. 7).

Организационной основой логической кольцевой топологии является специальный формат пакета данных, называемый эстафетой (token pocket). (Кадр можно рассматривать как своеобразный контейнер, для упаковки данных с целью дальнейшей пересылки.

Он выполняет те же функции, что и металлический контейнер для морских и железнодорожных перевозок: защищает содержимое от повреждений, имеет отличительные знаки на поверхности в определенных, регламентированных местах и, самое главное, на контейнере указан адрес получателя. Это и есть маркер, который можно рассматривать как пустой контейнер, снабженный флажком, на котором написано сообщение для всех железнодорожных станций и морских портов, встречающихся по маршруту его следования. — Прим. ред. ). Использование маркера позволяет устранить конфликты пакетов, гарантируя то, что в данный момент времени только одна станция сможет посылать информацию через сеть. Такой метод называют эстафетой. Он действует подобно волшебной палочке, наводящей порядок в сети при появлении шумов. Суть метода состоит в том, что только один узел, который контролирует эстафету, может передавать информацию через сеть.

Каким же образом эстафета проходит по сети? Когда рабочая станция завершает работу с эстафетой, она освобождает ее для какой либо ближайшей на линии станции. Если эстафету никто не захватит, то рабочая станция передает ее второй раз. Если никто не ответит и во второй раз, рабочая станция посылает общий запрос, называемый кадром запроса преемника (solicit successor frame). Этот кадр проходит по всей сети, спрашивая:

"Кто следующий должен принять маркер?". Если какая-либо рабочая станция ответит, то посылающая рабочая станция адресует маркер этой же ночей станции и передает его. Поскольку ни один узел не может осуществлять передачу данных до тех пор, пока порция (кадр) данных не сделает полный круг по всей сети, то ни один персональный компьютер не будет ждать дольше, чем требуется для одного оборота информации, перед тем как он получит шанс на передачу данных.

В сетевой кольцевой топологии не выполняется широковещательная передача данных по сети. Они передаются от узла к узлу, поэтому большое значение имеет синхронизация процессов, гарантирующая, что пересылаемые по сети кадры принимаются должным образом. Важно также, чтобы и маркер обеспечивал такую синхронизацию. Из-за важности маркеров для поддержания порядка в сети, построенной по логической кольцевой топологии, один компьютер специально выделяется для управления маркером. Этот компьютер, называемый задатчиком маркера или активным монитором, определяет потерю маркеров, отслеживает передачу кадров и создает новый маркер, если это необходимо. Активный монитор также генерирует импульсы сигналов времени в сети, синхронизирующие все остальные узлы сети.

Стандарты IEEE Отдельные типы сетей в настоящее время стандартизованы Институтом Инженеров по Электротехнике и Радиоэлектронике (IEEE — Institute of Electrical and Electronics Engineers). Соответствующие стандарты определяют структуру сетей на физическом и канальном уровне модели OSI, описанной в гл. 1. Эти уровни в определенном смысле перекрываются друг с другом, поэтому стандарты описывают как физическую среду передачи данных, так и методы передачи пакетов. Другими словами, вы сможете узнать, как будет вести себя сеть, удовлетворяющая этим стандартам, и как эта сеть должна быть сконструирована для выполнения требуемых задач. Далее приводится обзор некоторых стандарЛокальные сети. Полное руководство тов IEEE, ссылки на которые вы, вероятно, встретите, когда будете иметь дело с организацией сетей.

Примечание Все эти стандарты начинаются с цифры 802, поскольку за поддержку стандартов в области локальной сети отвечает 802-й комитет IEEE.

Стандарт 802. Стандарт 802.2 определяет правила передачи данных на канальном уровне для сетевых топологий, определенных в стандартах 802.3 - 802.5. Они применимы как к сетям Token Ring, так и к Ethernet, и описывают взаимодействие между сетевыми протоколами, например, TCP/IP, и сетями различных типов. Стандарт 802. 2 предусматривает функционирование сетей в режиме без соединения (для протоколов, которые не требуют установления явного соединения) или в режиме, ориентированном на соединение, (т. е. предназначенном для протоколов, требующих явного установления соединения).

В стандарте IEEE канальный уровень разделяется на два подуровня: подуровень связи логических каналов (LLC — Logical Link Connection), называемый также уровнем соединения канала передачи данных (DLC — Data Link Connection), и на подуровень управления доступом к среде передачи (MAC - Media Access Control). На LLC-уровне обеспечивается управление интерфейсом между всеми сетевыми топологиями и их протоколами передачи данных (сетевого уровня). Для выполнения этой задачи средства LLC-уровня опираются на средства уровня MAC, предоставляющего определенные сведения об адресации информации. Используемый же метод адресации информации определяется типом сети.

Стандарт Ethernet (802.3n) Сеть Ethernet впервые была сконструирована в 70-х гг. доктором Робертом Меткалфом (Robert Metcalfe) как часть проекта "офиса будущего". В то время это была сеть со скоростью работы 3 Мбит/с. В 1980 г. сеть Ethernet была стандартизована консорциумом фирм DECIntel-Xerox (DIX) как сеть со скоростью 10 Мбит/с, а в 1985 г. Она была стандартизована 802м комитетом IEEE. С тех пор новая технология Ethernet наследует признаки базовой структуры исходной схемы Ethernet, предусматривающей логическую шинную топологию и метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD - Carrier Sensing Multiple Access with Collision Detection). В различных типах Ethernet используются различные физические топологии (например, звездообразная или шинная) и различные типы кабелей (например, UTP, коаксиальный, оптоволоконный).

Примечание Все сети Ethernet типа 10Base2, 10Base5, 10BaseT или 10BaseF являются "вариациями на тему" стандарта 802.3.

Основы Ethernet Информация, "путешествует" по сети Ethernet в виде пакетов, каждый из которых состоит из шести частей.

Преамбула. Содержит восемь байтов информации, используемой для позиционирования остальной части информации в пакете.

Адрес назначения. Содержит аппаратный адрес ("зашитый" в плату Ethernet) рабочей станции или станций, которые принимают эту информацию.

Адрес источника. Позволяет принимающей рабочей станции распознать Рабочую станцию, пославшую информацию.

Тип. Определяет тип информации, хранящейся внутри части пакета с Данными — является ли она графической информацией, текстом ASCII или чем-либо другим.

Фактические данные. Это может быть любая информация объемом от 46 до байтов.

Контрольная последовательность кадра. Позволяет определить ошибки передачи пакета; используется для проверки того, достигла ли остальная часть пакета места назначения без повреждения.

На рис. 2. 8 показаны части кадра Ethernet в соответствии со стандартом 802. Рис 2.8. Структура кадра сети Ethernet в соответствии со стандартом 802. Имеется несколько различных типов Ethernet, каждый со своим собственным номером и именем, под которым они наиболее известны. Эти типы описаны в табл. 2.1.

Интерпретация названий сетей Ethernet Сети Ethernet различных типов имеют общепринятые названия, под которыми они известны более широко, чем по соответствующим номерам, присвоенным комитетом IEEE. Эти названия оформлены как комбинация букв и чисел и, возможно, выглядят не более содержательно, чем номера их стандартов, присвоенные ШЕЕ. Они не очень информативны, и основной принцип их составления состоит в том, что первое число описывает максимально возможную скорость передачи данных в сети (в мегабитах за секунду).

Далее идет слово "base", означающее, что передача данных выполняется без модуляции несущей, т. е. данные передаются последовательно в отличие от широкополосных сетей типа тех, что иногда используются для соединений WAN и в которых данные могут передаваться параллельно. (Речь идет о передаче данных одновременно на нескольких разных несущих. — Прим. ред.) Наконец, последняя буква определяет предельно допустимую длину сегмента сети (в метрах).

Последняя часть обозначения, не очень полезна, поскольку не всегда содержит точные сведения. Например, в сети 10Base2 длина сегмента фактически не может превышать 185 метров. Но на этом месте не всегда может стоять число, иногда здесь указывается тип кабеля, например, 100BaseT (витая пара) или 100BaseF (оптоволоконный кабель). Тем не менее, если вы когда-либо задавались вопросом, почему сеть 10Base2 названа именно так, то теперь вы получили ответ.

Примечание Независимо от типа физической топологии, в сети Ethernet всегда используют логическую шинную топологию, означающую, что все кабели LAN - часть одного и того же тракта передачи данных и доступны всем сетевым PC.

Независимо от типа сети, наиболее примечательной особенностью стандарта 802. Зn является метод множественного доступа с контролем несущей частоты и обнаружением конфликтов (CSMA/CD — Carrier Sensing Multiple Access with Collision Detection). Метод множественного доступа с контролем несущей частоты и обнаружением конфликтов — совершенно невозможно выговорить, не правда ли? Название отражает самую суть наибольшей проблемы сетей Ethernet, коротко описанную ранее: как можно одновременно посылать через сеть огромное количество информации без всяких конфликтов?

Краткий ответ таков: невозможно. Однако этот ответ не такая уж большая неприятность: Ethernet рассчитана на возникновение конфликтов время от времени. Чтобы разобраться в CSMA/CD давайте разобьем это название на части. Слово "Carrier" (несущая) означает: все узлы перед попыткой передачи данных "слушают" сеть чтобы определить ее состояние (свободна или занята). Слова "Multiple access" (множественный доступ) означают: все узлы сети имеют доступ к одному и тому же кабелю, т. е. выполняется широковещательная передача сигнала по всей LAN. Наконец, слова "Collision detection" означают: любой узел может определить, что другой узел начал передачу в то время, когда первый узел еще передает данные. Короче, CSMA/CD предоставляет средства, позволяющие уменьшить вероятность конфликтов между пакетами путем использования каждым PC широковещательной предварительной передачи сигнала, называемого сигналом контроля несущей (carrier-sensing signal) перед передачей данных с целью определения, не ведет ли широковещательную передачу какая-либо другая рабочая станция. Если такой передачи нет, то по результатам приема сигнала контроля несущей принимается решение "все свободно", и рабочая станция начинает передачу пакета. Однако если в результате приема сигнала контроля несущей обнаруживается передача данных другой рабочей станцией, то первая станция ожидает некоторое время, прежде чем начать широковещательную передачу.

Описанный метод позволяет избегать конфликтов до тех пор, пока сетевой трафик не слишком интенсивен и длина кабелей LAN не превышает предельного значения. Если же выполняется какое-либо из этих условий, то конфликт, скорее всего, произойдет, несмотря на использование метода CSMA/CD. Он не гарантирует передачу данных только одной рабочей станцией. Он обеспечивает лишь "молчание" всех станций перед тем, как одна из них начнет передачу. Если две рабочие станции случайно начнут передачу одновременно, то средства CSMA/CD не смогут устранить конфликт.

Если же два пакета "перекрываются", то CSMA/CD позволит избежать повторения конфликта. Как было указано ранее в этой главе, сразу после возникновения конфликта каждая рабочая станция выбирает случайное число между 1 и 2 перед повторением попытки передачи. Если две рабочие станции выберут одно и то же число, произойдет повторный конфликт при их попытке выполнить одновременную широковещательную передачу. Тогда они выберут число между 1 и 4 и сделают вторую попытку. Процесс идет до тех пор, пока рабочие станции успешно не завершат передачу своих данных или пока не выполнят 16 безуспешных попыток. Если они не смогут устранить конфликт за шестнадцать попыток, обе рабочие станции сделают паузу и предоставят шанс другим станциям выполнить передачу данных.

Совет Если 16 попыток не приводят к успешному выполнению передачи данных, то это означает наличие в сети некоторой неисправности. Проверьте целостность кабелей или выполните холодную перезагрузку оборудования сети.

В приведенном ниже списке перечислены диапазоны чисел, используемых при каждой повторной попытке устранения конфликта передачи.

В сети Gigabit Ethernet обеспечивается как полудуплексная передача данных для разделяемых областей сети (тех областей, в которых узлы "борются" за использование полосы пропускания сети), так и дуплексная, применяемая для неразделяемых областей, построенных по принципу "коммутатор к коммутатору". Разделяемые области, в которых для устранения конфликтов пакетов используется метод CSMA/CD, взаимодействуют несколько иначе, чем разделяемые области, содержащие более медленные сети Ethernet. Это обусловлено повышенными скоростями линии связи. Поскольку скорость сети высока, в применяемые способы синхронизации должны быть внесены изменения, иначе узлы не смогут "услышать" друг друга перед началом своей передачи. Поэтому в сетях Gigabit Ethernet для устройств, работающих в полудуплексном режиме (узлы сети), минимальный квант времени, предоставляемый каждому пакету, увеличивается от 64 до 512 байтов, т. е.

каждому узлу предоставляется окно, достаточное для передачи 512 байтов вместо 64. В пакетах с размерами менее 512 байтов свободные места будут заполнены незначащей информацией, чтобы их размеры соответствовали увеличившимся квантам времени. Поскольку укрупнение квантов времени замедляет передачу пакетов из-за более редких импульсов временных сигналов, в сети Gigabit Ethernet поддерживается групповая передача пакетов, при которой в течение одного временного кванта посылается целая группа маленьких пакетов. Однако такое изменение метода синхронизации не способствует совместимости с медленными сетями Ethernet, в частности, потому, что в дуплексных областях сети Gigabit Ethernet используется такой же 64-битовый квант времени, что и в медленных разновидностях сетей, определенных стандартом 802.3n.

Описанное выше изменение способа синхронизации сети приводит к появлению и другого усовершенствования, применимого, главным образом, для сетей Gigabit Ethernet, используемых на магистральных участках — использовании устройства, называемого буферизованным распределителем (buffered distributor). Буферизованный распределитель аналогичен концентратору, соединяющему два и более сегмента сети Gigabit Ethernet, подобно повторителю (описываемому в гл. 5). Главное отличие между буферизованным распределителем и повторителем состоит в том, что повторитель адресует пакеты во внешние сегменты сразу после их получения, в то время как распределитель может помещать полученные кадры в буфер, что позволяет эффективнее использовать имеющуюся полосу пропускания.

Вряд ли вы в ближайшем будущем увидите сеть Gigabit Ethernet, подключенную к вашим настольным рабочим системам — она слишком дорогая. Скорее всего, эта технология будет вначале использоваться для создания высокоскоростных соединений между маршрутизаторами или коммутаторами (описанными в гл. 5) в сети Ethernet. Развертывание ее для настольных рабочих систем произойдет только после снижения стоимости, как это произошло в свое время с сетью Fast Ethernet.

Использование оптоволоконных линий связи для высокоскоростных сетей Технология Gigabit Ethernet создавалась не на пустом месте. Применяемые в ней методы обеспечения высокой скорости передачи данных по каналам линий связи сети базируются на методах, первоначально разработанных для сетей с оптоволоконными линиями связи.

Оптоволоконный канал изначально задуман как метод, стирающий различия в скорости между сетевыми аппаратными средствами и самой сетью, однако с помощью средств, отличных от обычно применяемых с этой целью. Вместо попытки сделать все части сети доступными из единого пункта (чего, фактически, пытаются достичь во всех других методах организации сети), оптоволоконные каналы физически делают все части сети единым устройством путем замещения сетевых кабелей и высокоскоростных каналов передачи данных (например, сетевых устройств с интерфейсом SCSI описанным в гл. 8) на высокоскоростные оптоволоконные каналы, сразу работающие с гигабитными скоростями. Тем самым сервер может быть подключен к жесткому диску кабелями, идущими из него через всю комнату, но при этом жесткий диск остается устройством, локально подключенным к сетевым аппаратным средствам.

В оптоволоконных каналах предполагается, что соединения могут быть трёх типов.

Первый: двухточечные, связывающие два устройства. Второй: организованы как физическое кольцо, в котором все устройства соединены вместе кольцевой связью. Третий: организованы в виде так называемой фабрики (fabric), в которой устройства одновременно являются частью физической и логической сети.

Поскольку оптоволоконные каналы — высокоуровневая и дорогостоящая технология, вам не придется часто встречаться с ними. Однако сейчас стоит обратить внимание на них как на средства, родственные методам Gigabit Ethernet и конкурирующие со SCSIинтерфейсом, поскольку они позволяют физически распределить все части сети способом, наиболее удобным для пользователей, без каких бы то ни было жестких ограничений, налагаемых параметрами каналов данных.

Стандарт Token Bus (802.4) Пытаясь разработать стандарт сети, менее склонной к конфликтам, чем не предусмотрено стандартом 802. 3, подкомитет IEEE 802. 4 разработал такое сочетание шинной и кольцевой топологий, которое обеспечивает передачу информации через кольцо, но использует для этого физическую шинную топологию. Стандарт 802. 4 разработан как результат учета того, что компьютеры склонны к тем же недостаткам, что и люди — стоит дать им хоть малейшую возможность, как они начинают перебивать друг друга при разговоре. Рассматривая эту проблему, комитет 802. 4 представил описание эстафеты, которое сеть может использовать для решения вопроса о том, какому компьютеру следует "говорить" в данный момент. Все это содержится в стандарте 802. 4.

Только та рабочая станция, которая владеет эстафетным маркером, может посылать определенную информацию, и после того, как эта рабочая станция получит уведомление о получении этой же информации, она должна передать маркер следующей на линии рабочей станции. Как же сеть определяет, кто находится следующим на линии? Согласно стандарту 802. 4 сеть специальным образом отслеживает, кто следующий должен получить маркер. Подобно тому, как управляющий фирмы имеет большее право голоса, чем лицо, ответственное за убранство офиса, некоторые рабочие станции, могут иметь более высокий приоритет при получении маркера.

Метод разрешения конфликтов не является единственным. Чем стандарт 802. отличается от стандарта 802. 3? Во-первых, несколько отличается среда передачи данных:

в сети Token Bus используется либо коаксиальный кабель с волновым сопротивлением Ом (в отличие от кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом в сетях 10Base2), либо оптоволоконный кабель. Во-вторых, как вы можете заметить на рис. 2. 10, кадр сети Ethernet стандарта 802. 4 отличается от кадра стандарта 802. 3. Он содержит преамбулу, начальный разделитель кадра, управление кадром, адрес назначения, исходный адрес, данные, контрольную последовательность кадра, конечный разделитель кадра.

Рис 2.10. Структура кадра сети Ethernet в соответствии со стандартом 802. Хотя комбинация средств маркер/шина позволяет устранить конфликты, стандарт 802. 4 имеет ряд недостатков, сдерживающих его широкое распространение. Наиболее значительные потери производительности сети с шинно-кольцевой структурой обусловлены сбоями аппаратных средств, приводящими к потере или "затенению" эстафетного маркера. В последнем случае ситуация будет выглядеть так, будто в сети существует несколько маркеров. Вообразите себе заседание правления компании, в котором одновременно говорят несколько докладчиков!

Стандарт Token Ring (802.5) Стандарт 802. 5 разработал комитет IEEE 802. 4 в союзе с фирмой IBM. Этот стандарт специально предназначен для сетей Token Ring, использующих маркерные методы пересылки информации от одной рабочей станции к другой.

Как и в случае со стандартом 802. 4, рабочие станции в сети Token Ring, построенные в соответствии со стандартом, используют маркер для определения того, какая рабочая станция должна передавать информацию и данный момент времени. Если она ничего не должна передавать, то передаёт следующей рабочей станции свободный маркер, и этот процесс продолжается до тех пор, пока маркер не достигнет рабочей станции, которой требуется передать данные.

Данные путешествуют, начиная от исходной рабочей станции последовательно от узла к узлу сети. Каждая станция проверяет адрес, приведенный пакете данных. Если данные предназначены этой рабочей станции, она сохраняет копию данных и посылает оригинал далее. Если данные не предназначены этой станции, она просто пересылает их следующей станции в сети. Когда посылающая рабочая станция получает обратно копию исходного пакета данных, она определяет, пора ли остановить передачу и послать свободный маркер (передать эстафету) следующей рабочей станции. Этот процесс проиллюстрирован на рис. 2. 11, 2. 12 и 2. 13.

Стандарт 802. 5 содержит несколько рекомендаций. С помощью интеллектуальных концентраторов система Token Ring может восстанавливать соединение сети при неисправностях, вызванных аппаратными сбоями — это прекрасная возможность, отсутствующая в стандарте Token Bus. Если рабочая станция неисправна и вследствие этого либо не генерирует свободный маркер после окончания "оборота" очередного маркера, либо передает неправильный маркер по сети, интеллектуальный концентратор может распознать наличие неисправности и исключить эту рабочую станцию из сети, позволяя остальной ее части нормально функционировать.

Сеть, определенная в соответствии со стандартом 802. 5, может обеспечивать связь на большее расстояние, чем сети, построенные в соответствии со стандартами 802. 3 и 802. 4, поскольку в ней пакет путешествует от одной станции до другой и при этом ретранслируется (т.

е. помимо всего прочего при этом обеспечиваются определенные амплитудные параметры передаваемого сигнала. — Прим. ред.) и, следовательно, расстояние между отдельными узлами сети может равняться предельно возможному (для данного типа кабеля).

Платы Token Ring присоединяются к устройствам MAU (Multistation Access Unit — устройство многостанционного доступа) с помощью D-разъема, установленного внутри устройства. К устройству MAU можно подсоединить восемь PC. Кроме того, одни MAU могут быть соединены с другими MAU. В сети Token Ring отсутствуют терминаторы, так как один конец кабеля подключается к плате, а другой — к устройству MAU.

Как и с помощью концентраторов, применяемых в сетях l0BaseT, используя MAU в рассматриваемых сетях вы можете легко организовать свою сеть так, Что кабели будут проходить от центрального монтажного шкафа на каждый этаж, а затем и к каждому компьютеру на этаже. Кабели между устройством MAU и сетевым устройством могут быть до 45 м длиной, что достаточно для подключения кабелей к монтажным шкафам в большинстве зданий.

Хотя сеть Token Ring имеет логическую кольцевую топологию, в ней используется физическая звездообразная топология. Вместо концентраторов в Token Ring применяются устройства MAU (Multistation Access Unit — устройство многостанционного доступа). Не спутайте эти устройства MAU с блоками доступа к среде передачи данных (также сокращенно называемых MAU - Medium Attachment Unit), которые являются приемопередающими соединениями с AUI-портом адаптеров Ethernet.

Выводы Приведем краткий обзор всех типов сетей. Чаще всего вы будете использовать одну из двух логических топологий. Шинная топология, применяемая в различных реализациях сетей Ethernet, предусматривает широковещательную передачу данных по всей сети с последующим их перехватом теми сетевыми узлами, которым эти данные адресованы. В каждый момент времени передачу данных может выполнять только один узел, поэтому перед их передачей каждая станция должна "прослушать" сеть, чтобы определить, свободна она или нет. Если сеть занята, узел ждет некоторое время и снова повторяет попытку передачи. Если сеть свободна, узел передает данные и в случае, если другая станция также станет передавать свои данные в это же время, обе станции остановятся и будут ждать, пока сеть не освободится. Применение логической кольцевой топологии позволяет избежать одновременного использования канала связи двумя станциями несколько другим способом. В такой сети по кольцу пересылается пакет, называемый эстафетой (эстафетным маркером), причем передача данных разрешена только одной станции и только в то время, когда она контролирует маркер.

Несколько усложняет понимание функционирования сетей наличие физической шинной и кольцевой топологий. В физической шинной топологии все компьютеры подключаются к одной и той же магистрали как с помощью отводов, так и напрямую и соединяются в одну линию связи Редко используемая в сетях физическая кольцевая топология работает аналогичным образом, за исключением того, что применяется физическое кольцевое соединение, и в сети может использоваться двойной кабель для устранения сбоев при разрывах основного кабеля. В небольших офисах обычно требуется достаточно гибкий набор сетевых средств, но нет необходимости организовывать магистраль. Поэтому чаще всего физическая топология таких сетей — звездообразная, когда каждый PC подключается к центральному концентратору.

Из всех физических и логических топологий сетей, которые здесь описаны, наиболее популярна 100BaseT. Это сеть Ethernet, построенная по логической шинной топологии с применением кабеля категории 5, проложенного согласно физической звездообразной топологии, что позволяет достигнуть скоростей передачи вплоть до 100 Мбит/с. Весьма вероятно о использование в новых LAN. Популярность сетей такого типа объясняется их скоростью и гибкостью. Как уже было сказано, сети Token Ring чаще всего встречаются в локальных системах IBM, требующих подключения к мэйнфреймам, а сеть 10Base2 наиболее подходит для малых организаций. Компьютерами, установленными компактно в одном месте. Учитывайте параметры своей физической "среды обитания" при выборе топологии сети и выбирайте ту из них, которая наиболее вам подходит.

Выбор физической топологии может оказаться самой легкой частью задачи. В гл. обсуждается низкоуровневое программное обеспечение, в том числе перехватчики, драйверы сетевых плат и сетевые транспортные протоколы. Если вы уже забыли, как работает модель OSI, самое время вернуться к гл. 1, поскольку далее мы углубимся в изучение связанных с этой моделью средств.

Упражнение 1. В случае сбоя сети, в какой из указанных ниже физических топологии будет легче диагностировать неисправность и почему? Как называется каждая из представленных здесь топологий?

2. Опишите сети двух типов, упомянутых в этой главе, в которых объединены одна из физических и одна из логических топологий.

3. Какое устройство требуется для транслирования совместимых с 10Base2 кадров Ethernet в кадры, совместимые с Gigabit Ethernet?

4. В каком стандарте IEEE описана архитектура сети с топологией Token Bus?

5. Какая технология Ethernet поддерживает групповую передачу пакетов?

Глава Сетевые протоколы и интерфейсы прикладных программ Чтобы передать по локальной сети (LAN) данные из пункта А в пункт к, необходимо не только оборудование (гл. 1), организованное в одну из конфигураций (гл. 2), но и сетевое программное обеспечение, которое должно собрать передаваемые данные в пакет. Сетевое программное обеспечение состоит из трех частей:

редиректор (redirector), отсылающий запросы в сеть, а не на локальный жесткий драйверы сетевых плат, обеспечивающие связь между операционной системой и сетевой платой;

сетевые протоколы для отсылки и приема данных.

Такой способ организации передачи информации показан на рис. 3. 1.

Так, например, в случае, когда Фрэд пытается сохранить файл WordCruncher со своего компьютера на общем жестком диске сетевого файлового сервера, происходит следующее.

1. Фрэд щелкает на кнопке Save (Сохранить) и выбирает опции сохранения документа на диске G:, который фактически является сетевым общим диском D: файлового 2. Редиректор проверяет этот запрос на сохранение, фиксирует локальную недоступность диска и направляет запрос в раздел операционной системы, называемый драйвером сетевой файловой системы.

3. Драйвер сетевой файловой системы передает запрос драйверу сетевой платы.

4. Драйвер сетевой платы передает запрос (вместе с данными) сетевой плате.

5. Сетевая плата создает пакет данных для передачи и отсылает его по сети.

6. Сетевая плата файлового сервера отмечает факт прибытия пакета и принимает его.

Далее процессы идут в обратном направлении: драйвер сетевой платы сервера передает запрос драйверу файловой системы операционной системы и записывает файл на локальный диск.

Если вы организуете сеть, то весьма вероятно, что рано или поздно вам понадобится соединить ее с другой сетью. Именно так и зародилась Internet: локальные сети получили средства соединения друг с другом в единое целое. Большинство сетей растут постепенно, а не создаются сразу в окончательном виде. Часто сети состоят из оборудования, сетевых операционных систем и линий связи смешанных типов. Это, в свою очередь, означает, что в сетях необходимо использовать редиректоры разных типов и устанавливать несколько сетевых протоколов. Кроме того, сетевые платы могут использовать разные драйверы.

Короче говоря, даже при самом тщательном планировании, рост и слияние сетей представляют собой достаточно сложный процесс. В этой главе рассматриваются различные сетевые компоненты. Ознакомившись с ними, вы сможете управлять сетевым программным обеспечением, когда это потребуется.

Прежде всего, мы обсудим роль редиректора — он должен обеспечить связи между приложениями и операционной системой, необходимые для получения приложением данных через сеть. Затем рассмотрим назначение драйвера сетевой платы. И, наконец, изучим три транспортных протокола, которые чаще всего используются в сетях персональных компьютеров.

Назначение и работа редиректора Как показано на рис. 3.2, с точки зрения компьютера, инициализирующего запрос по сети, редиректор играет главную роль в создании сетевого соединения. Его задача – «обманным» путём заставить приложение на локальной машине полагать, что оно получает данные с локального, а не сетевого диска. Суть применения редиректора: место хранения запрошенного файла не должно иметь значения, так как метод доступа должен быть единым.

Например, что случится, если вы запустите программу WordCruncher и откроете файл, хранящийся на сетевом диске? С точки зрения WordCruncher ни не существует.

Она знает только о существовании нескольких доступных дисков с именами, состоящими из букв с двоеточиями, например, F:, В:, С: и т. д. Как и любое другое приложение, WordCruncher способна использовать только локальные устройства хранения. Таким образом, необходимо задействовать тот уровень программного обеспечения (расположенный непосредственно под уровнем WordCruncher), задача которого заключается в предоставлении WordCruncher обычного интерфейса, основанного на буквенных обозначениях дисков (common drive-letter interface). Но делать это необходимо и в случае, когда приложению требуются данные, хранящиеся в сетевом устройстве. WordCruncher полагает, что она обращается к локальным дискам, однако ее запросы информации с сетевых дисков должны перехватываться и направляться по сети. Итак, если вы скомандуете WordCruncher получить данные из каталога DOCS, находящегося на сервере c именем BGDOG, программа редиректора передаст запрос так, как описано в самом начале главы.

Примечание Редиректоры нередко называют клиентами (например, клиент Windows 98 для сетей NetWare), поскольку они обязательно входят в состав программного обеспечения клиентного компьютера.

Следовательно, прежде чем вы сможете подключиться к сети, вы должны установить редиректор, соответствующий типу сети. Отнюдь не во всех сетевых операционных системах используют одинаковые редиректоры. Поэтому вы должны установить редиректор, соответствующий операционной системе той сети, к которой подсоединяетесь. Различие между редиректорами может быть обнаружено на уровне представления данных модели OSI, (гл. 1). Так, в сетях Microsoft для передачи данных используют блоки сообщений сервера (Server Message Blocks — SMBs). Поэтому для них необходим редиректор, способный выразить запросы в терминах SMBs. В сетях Novell с этой же целью применяют программу NetWare Control Protocols (NCPs). Таким образом, чтобы запросить сервер NetWare, вы должны использовать редиректор, который может выразить запрос в терминах NCPs. Обратите внимание: недостаточно применить общий транспортный протокол, такой как TCP/IP — вы должны использовать редиректор, работающий с той операционной системой, к которой вы подсоединяетесь. К счастью, если на уровне представления данных задействован протокол, одинаковый для нескольких операционных систем, поддержка редиректора обеспечивается автоматически. Так, если вы работаете в Windows 98, то можете использовать Client for Microsoft Networks (Клиент сетей Microsoft), поддерживающий SMB, чтобы подключиться к любой операционной системе, поддерживающей SMBs.

Редиректоры и средства API Как указано во введении в эту главу, большинство пользовательских приложений "не подозревают" о наличии используемой сети (сетей). Однако некоторые приложения, например, электронная почта или групповое программное обеспечение должны быть "осведомлены" о наличии сети, поскольку они вообще нужны только для работы в сети, должны быть способны "подключаться" к ней и устанавливать связь с другими программами, которые исполняются сетевыми машинами.

Программисты разрабатывают приложения, способные определять наличие сети таким образом, чтобы они воспринимали набор команд, предоставляемый сетью приложениям. Эти наборы команд называют средствами API или интерфейсами прикладных программ. API можно представить чем-то вроде комбинации органов управления и приборов автомобиля. Комбинация приборов вашего автомобиля — видимая часть интерфейса, предназначенного для управления автомобилем. Фактически, вы не представляете, что творится под капотом — просто нажимаете педаль газа, и автомобиль разгоняется.

Таким образом, вам нет необходимости детально знать устройство автомобиля, чтобы ездить на нем. Более того, если вы умеете управлять одним автомобилем, вы справитесь и с другим, поскольку его элементы управления — т. е. API — везде одинаковы.(Однажды вечером, во время поездки на "Фольксвагене" моего друга, я узнала, что в разных автомобилях этой марки используются разные "API" для заднего хода. Это часто бывает в автомобилях с ручным переключением передач, но в целом наша аналогия верна.)Комбинация органов управления автомобилем позволяет передать только несколько простейших команд: торможение, ускорение, переключение скоростей и т. д. Например, нельзя дать команду "выехать задним ходом на дорогу". Вы должны отдать множество простейших команд, чтобы выполнить фактическое действие: выехать задним ходом на дорогу. В известном смысле необходимо создать программу с помощью стандартной комбинации органов управления, расположенных в некотором порядке.

Функции API вашего компьютера во многом работают точно так же. Сетевые программные средства, подобные редиректору, должны находиться на верхнем уровне различных транспортных протоколов. Если бы не было API, программистам сетевого программного обеспечения пришлось бы разработать одну программу-редиректор для подключения Windows NT (сетевая операционная система) к IPX/SPX, а другую программуредиректор — для подключения Windows NT к TCP/IP. Структурно редиректор будет один и тот же. Просто он будет в состоянии "разговаривать" I разными транспортными протоколами. Чтобы избежать этого, следует видать общую комбинацию органов управления и приборов для всех сетевых служб. Таким образом, программа-редиректор встроена не в протокол, а в API (в нашем примере - в NetBIOS). NetBIOS может "сидеть" на верхнем уровне протоколов IPX/SPX, NetBEUI и TCP/IP. Это означает, что транспортный протокол может изменяться, однако вам нет нужды переписывать сетевые утилиты, поскольку они написаны для API (NetBIOS).Широко известным примером API служат гнезда (sockets) — временные каналы связи, установленные для передачи информации между клиентной серверной программами. Данные программы могут работать как на одной машине, так и на разных машинах через сеть. Существуют три API, с которыми вы, вероятно, уже сталкивались.

Гнезда Novell.

NetBIOS.

Гнезда TCP/IP.

API перехватывают ваши сетевые запросы и выполняют поставленную задачу с помощью соответствующего транспортного протокола.

Драйверы файловых систем Редиректор расположен на том конце соединения, которое создает (генерирует) запрос. Другая часть, расположенная на том конце соединения, на котором выполняется заЛокальные сети. Полное руководство прос, — драйвер файловой системы. Драйверы файловых систем используют для генерирования не только сетевых, но и любых других запросов на доступ к устройству хранения данных. Например, в Windows NT функции драйвера сетевой файловой системы может выполнять одна из поддерживаемых файловых систем: FAT, NTFS, CDFS и сеть.

Примечание FAT - это таблица размещения файлов, первоначально предназначавшаяся для работы с гибкими дисками (дискетами) и допускавшая работу с жесткими дисками объемом не более Гбайт. NTFS (NT File System) - файловая система, использующаяся в Windows NT. В ней предусмотрена поддержка дисков больших объемов и средства защиты, отсутствующие в FAT. В приводах CD-ROM персональных компьютеров применяют файловую систему CDFS (Compact Disc File System).

В целом же роль любого драйвера файловой системы заключается и упорядочивании данных в устройстве хранения, которое он обслуживает. Так, в популярной дисковой файловой системе FAT, нумеруется каждый кластер и указывается, какой файл в нем сохраняется. Если для хранения данных, содержащихся в файле, необходимо несколько кластеров, в каждый кластер включают указатель на следующий кластер диска, хранящий данные из этого же файла. В последний кластер включается метка End of File (конец файла), которая позволяет файловой системе FAT "узнать" что файл закончился. А как файловая система "узнает", где находится кластер? Когда вы форматируете диск, то разбиваете его на кластеры с помощью специальной программы.

Когда вы предписываете программе найти файл, файловая система FAT предоставляет ей все необходимые данные и гарантирует их полное извлечение (поскольку весьма вероятно, что данные разбросаны по разным кластерам). Точно так же, когда вы пытаетесь сохранить файл на диске, файловая система FAT позволяет найти на нем первый свободный кластер и начать записывать данные, составляющие этот файл, в свободных кластерах, помечая каждый кластер так, чтобы он указывал на следующий занятый данным файлом кластер.

Примечание В зависимости от структуры доступного дискового пространства свободные кластеры могут и не составлять непрерывный блок. Файловая система не ищет первую группу свободных кластеров, общий размер которой достаточен для хранения всего файла в целом, а находит только первый свободный кластер. Если файл мм помещается в него полностью, то остальные данные будут последовательно записываться в следующие свободные кластеры, в каком бы месте диска они не находились.

Геометрия диска Вы уже сбиты с толку этими разговорами о кластерах и сохранении и них данных?

Суть файловой системы проста: в файловых системах Microsoft кластером называют наименьшую возможную логическую единит предназначенную для хранения данных. Поверхность диска разделена на концентрические круги, называемые дорожками (tracks), а они, в свою очередь, разделены на клиновидные участки (напоминающие нарезанный пирог), называемые секторами. Сектор — наименьшая единица хранения вместимостью байт.

Кластерами называют логические группы секторов. Точное число секторов в кластере зависит от используемой файловой системы и размера диска. Чём больше емкость диска, тем больше общее количество кластеров в файловой системе, хотя в современных файловых системах и наблюдается тенденция к снижению количества кластеров.

Использование более крупных кластеров позволяет снизить время доступа к диску, поскольку в крупном кластере можно сохранить больше данных, причем в одном месте на диске. С другой стороны, использование крупных кластеров при сохранении небольших файлов ведет к бесполезной трате дискового пространства, поскольку короткий файл все равно занимает весь кластер полностью. Так, если на диске хранится файл длиной 4 Кбайта, а размер кластера данного диска составляет 8 Кбайт, то оставшиеся незанятыми Кбайта будут потеряны, поскольку они не могут использоваться для хранения других данных.

Сетевая файловая система представляет собой всего лишь еще один интерфейс для чтения дискового пространства. Единственное ее отличие от других файловых систем заключается в том, что она используется для сетевого, а не локального доступа. Таким образом, когда сервер получает от какого-нибудь клиента сети запрос на доступ к диску, он направляется в сетевую файловую систему, которая и выполняет то, что обязана — находит данные, сохраняет файл или что-либо еще. Достоинство ее состоит в том, что сетевая файловая система позволяет клиенту не беспокоиться о формате жёсткого диска сервера.

Даже если файловая система, в которой был отформатирован сетевой диск, не поддерживается клиентным программным обеспечением, это никак не сказывается на работе локального приложения, поскольку для выполнения сетевых запросов локальная файловая система не используется. Пока клиент "разговаривает" с сервером, тот будет интерпретировать для клиента свою файловую систему.

Драйверы сетевых плат Теперь вы знаете, каким образом запрос поступает от приложения в операционную систему и выполняется ею. Как же этот запрос поступает в сеть? Эту задачу выполняет часть программного обеспечения, называемая драйвером сетевой платы.

Вообще говоря, любой драйвер устройства представляет собой часть программного обеспечения, позволяющего операционной системе и физическому устройству взаимодействовать друг с другом. Некоторые драйверы устройств входят в состав файлов операционной системы. Другие же можно загрузить с диска или Internet, однако они в любом случае остаются интерфейсом между сетевой платой и операционной системой.

Почему же нельзя просто встроить функциональные средства, необходимые сетевой плате, непосредственно в операционную систему, особенно, если учесть, что современные операционные системы создаются с учетом возможности работы в сети? Главным образом потому, что это непрактично. Десятки и даже сотни производителей предлагают тысячи моделей сетевых плат, причем в каждой модели используют собственный драйвер. По этой причине просто невозможно встраивать в операционную систему функции поддержки всех сетевых плат. И даже если бы эта схема имела практический смысл, она была бы нежелательна. В этом случае операционная система занимала бы слишком много места, намного больше реально необходимого. Если вы установили единственную сетевую плату, остальные драйверы вам не нужны. И более того: обновление драйверов для улучшения поддержки оборудования потребовало бы замены операционной системы. Разве вам понравится переустанавливать операционную систему при каждом обновлении драйвера сетевой платы? Не думаю.

Кстати сказать, в некоторых операционных системах используют модульную конструкцию, позволяющую в нее включить определенные функции драйвера. Подразумевается, что производителям оборудования нужно будет только дописать оставшуюся часть программы (stub portion) драйвера. Идея такого подхода такова (рис. 3. 3): хотя каждая сетевая плата может управлять передачей данных между операционной системой и сетью методом несколько отличным от используемых в других платах, основная функция сетевой платы неизменна в любом случае. Таким образом, эту функцию действительно можно встроить в операционную систему. С этой точки зрения создателю драйвера сетевой платы достаточно написать инструкции специфичные для данной платы, которые позволят плате получать доступ к функциональным средствам, встроенным в операционную систему.

На этом мы завершим обсуждение общих вопросов, связанных с драйверами операционной системы, и приступим к основному — работе этих драйверов.

Что делают драйверы сетевых плат Драйверы сетевых плат (сетевые драйверы) отвечают за управление всеми внешними связями компьютера, в том числе и доступом в Internet для каждой используемой модели сетевой платы необходимо установить соответствующий сетевой драйвер. Так, если в состав персонального компьютера входит кабельный модем для подключения к Internet, а также сетевое оборудование, то ему необходимы дна драйвера. Если В компьютере установлено несколько сетевых плат разного типа (например, он используется в качестве маршрутизатора), то для каждой платы также следует установить собственный драйвер.

Однако если в компьютере есть две одинаковые платы, достаточно поставить единственный драйвер. По существу, драйверы обеспечивают сетевое соединение компьютеров на канальном уровне, позволяя, например, получать доступ к сетям Ethernet.

Интерфейсы сетевых компоновок В принципе, возможно создать сетевой драйвер, который сможет посылать Винные как на сетевую плату, так и в сеть. По сути, он будет объединять собственно драйвер и средства поддержки сетевого протокола. Драйверы такого типа называют монолитными драйверами устройств.

Обратите внимание: я сказала "возможно". Этот подход не рекомендуется во многом по тем же причинам, что и встраивание драйверов устройств в операционную систему.

Гибкость обеспечивается только модульным подходом. Предположим, в драйвер вашей сетевой платы включены средства поддержки транспортного протокола. В этом случае, чтобы заменить или добавить еще один транспортный протокол, придется заменить драйвер. Такой подход неудобен, поскольку поддерживает только единственный транспортный протокол.

Поэтому вместо монолитных драйверов устройств в современных драйверах для "привязки" сетевых плат к транспортным протоколам используют мой инструмент — интерфейс сетевых компоновок. Как показано на рис. 3.4, — это интерфейс между драйвером сетевой платы и стеком транспортных протоколов (transport stack).

Примечание Интерфейс сетевых компоновок - именно то средство, которое обеспечивает "увязку" протокола с сетевой платой. Это, в сущности, "свадьба" драйвера сетевой платы с сетевым транспортным протоколом.

Принцип его применения совершенно очевиден. Интерфейс сетевых компоновок связывает каждый установленный драйвер с каждым установленным транспортным протоколом. Названия этих связей (clump) зависят от типа сети. Так, в сетях NetWare их называют модулями. Обменом данных модулями управляет программа, которую называют LAS в сетях NetWare и PROTMAN. SYS в Microsoft. Вся информация, необходимая интерфейсу компоновок, сохраняется в текстовом файле, таком как PROTOCOL.INI в сетях Microsoft или NET.CFG в NetWare. Однако, если в драйверах используют стандартные значения параметров, то в этих файлах содержится совсем немного информации.

Связующие нити Как указано выше, основное преимущество использования интерфейс сетевых компоновок — возможность использования каждым сетевым драйвером нескольких транспортных протоколов. По умолчанию все сетевые транспортные протоколы "привязываются" ко всем установленным драйверам сетевых плат. Какой же протокол используется при отсылке данных по сети? Ответ зависит от порядка, в котором "привязывались" транспортные протоколы. Этот порядок можно изменять, поставив на первое место протокол, используемый чаще остальных. Это позволит уменьшить число повторных попыток его поиска, что необходимо для доступа к конкретному серверу.

Если же необходимо запретить доступ к серверу, использующему конкретный протокол, достаточно просто удалить его из списка протоколов, "привязанных" (bound) к сетевой плате.

Запутались? Хорошо. Если вы запутались сейчас, но этот вопрос все же вас интересует, знайте, что я вернусь к нему в гл. 15 "Защита сетей".

Звание "законодателя мод" в мире стандартов интерфейса сетевых компоновок оспаривают два конкурента: открытый интерфейс передачи данных (ODI) фирмы Novell и спецификация интерфейсов сетевых драйверов (NDIS) фирмы Microsoft. Принцип работы обоих интерфейсов во многом сходен. Основное различие в том, что драйверы ODI работают в реальном (незащищенном) режиме. Значит они должны использовать первые Кбайт памяти, установленной на машине, и не могут "договариваться" другими драйверами. Напротив, драйверы NDIS функционируют в защищенном режиме и поэтому могут работать в многозадачном режиме вместе с прочими драйверами. Кроме того, они не используют дефицитную обычную память.

Зачем же применяют драйверы ODI, если они не работают в защищенном режиме?

Главным образом потому, что иногда они необходимы редиректору. Отнюдь не все редиректоры могут работать с драйверами NDIS. Чтобы рассеять сомнения, поднимите документацию на вашу операционную систему и ознакомьтесь с требованиями к редиректору.

Вообще же говоря, как NDIS, так и ODI работают со всеми транспортными протоколами, а ограничения налагаются, в основном, со стороны драйвера.

Сетевые транспортные протоколы На протяжении всей главы я постоянно упоминала транспортные протоколы, фактически не пояснив, что же это такое. Во-первых, что такое протокол вообще? Проще всего представить протокол как стандарт или правил.

С протоколами часто приходится иметь дело в повседневной жизни. Например, если в вашей квартире зазвонил телефон, вы снимаете трубку и говорите: "Алло?". Почему вы сначала сказали "Алло"? Почему вызывающая сторона, прежде всего не идентифицировала себя? Да просто таков обычай. По традиции, в Соединенных Штатах первым отвечает вызываемое лицо. Иными словами, таков американский протокол ответа по телефону. Если бы вы жили в материковом Китае, вы подняли бы трубку и ожидали, когда вызывающая сторона скажет "Вэй" (Wei), чтобы обозначить себя. Что вы делаете, встретив знакомого: обнимаете, целуете, пожимаете руку? Опять же, ответ зависит от протокола.

Какое отношение все это имеет к сетям? Сетевые транспортные протоколы определяют метод передачи данных по сети, а также метод их пакетирования и адресации. Чтобы два сетевых компьютера могли установить связь, они должны использовать одинаковые транспортные протоколы, поскольку протокол определяет метод пакетирования и обмена данными.

Примечание С технической точки зрения к протоколам можно отнести любое соглашение, задающее метод передачи данных через сеть, независимо от того, функционирует ли это соглашение на канальном или прикладном уровнях. Однако нередко протоколами называют соглашения, которые задают метод пакетирования и передачи данных по сети. Именно это я буду иметь в виду в дальнейшем. Протоколы NetBEUI, IPX/SPX и TCP/IP работают на сетевом и транспортном уровнях модели OSI. Поскольку они работают на нескольких уровнях, их нередко называют стеками протоколов, а не просто протоколами.

Современные операционные системы могут одновременно поддерживать несколько протоколов, поэтому вы всегда можете использовать для установления связи протокол нужного типа. К сожалению, не все операционные системы поддерживают все транспортные протоколы. Фактически они "склонны" к специализации, и даже некоторые протоколы с одинаковыми именами невозможно использовать на всех платформах. Однако в настоящее время возможности операционных систем в достаточной мере перекрываются, что допускает связь и взаимодействие между ними.

Совет Использование нескольких транспортных протоколов дополнительно загружает оперативную память (RAM). Поэтому, хотя современные операционные системы позволяют загружать несколько транспортных протоколов, рекомендуем выбрать только те, которые действительно необходимы.

Предупреждаю: последующие разделы следует рассматривать как введение в три основных протокола сетей персональных компьютеров. Протокол TCP/IP чрезвычайно сложен, в нем предусмотрены многочисленные параметры конфигурирования, достойные отдельной книги или даже нескольких. То, что приведено здесь, должно просто помочь вам получить общее представление о работе каждого протокола и всего, что с ним связано.

Протокол NetBEUI Давным-давно, когда IBM только вышла на рынок сетей персональных компьютеров, ей понадобился базовый сетевой протокол. Фирма не собиралась создавать крупные сети, а предусматривала организовывать небольшие рабочие группы, не более нескольких дюжин компьютеров.

Исходя из такой задачи и была разработана базовая сетевая системе ввода-вывода — NetBIOS. Она представляет собой набор из 18 команд, которые позволяют создавать, поддерживать и использовать соединения между сетевыми компьютерами. Вскоре IBM дополнила NetBIOS, создав расширенный пользовательский интерфейс среды NetBIOS — NetBEUI. По существу NetBEUI — усовершенствованный вариант NetBIOS. Однако со временем имена NetBEUI и NetBIOS приобрели разный смысл. NetBEUI обозначает транспортный протокол, в то время как NetBIOS — набор программных команд, используемых системой для управления сетью (фактически это — API). Обращаясь к модели OSI, можно отметить, что NetBIOS работает на сеансовом уровне, в то время как NetBEUI — на сетевом транспортном.

NetBEUI относится к числу наиболее скоростных протоколов (с точки зрения скорости пакетирования данных для передачи и извлечения их получателем из пакета). Кроме того, он прост в установке: вы устанавливаете протокол, "привязываете" его к сетевому драйверу и можете приступать к работе. Не требуется никакого конфигурирования, а в качестве адресов компьютеров используются присвоенные вами же имена компьютеров, которые нетрудно запомнить.

Примечание Имена компьютеров в сетях, использующих протокол NetBEUI, фактически представляют собой имена NetBIOS. Длина имен не должна превышать 16 символов, а регистр не имеет значения.

Применение NetBEUI ограничивает серьезная проблема: этот протокол не поддерживает маршрутизацию. Иными словами, если ваша сеть состоит из нескольких сегментов, то вы не сможете использовать его для передачи данных за пределы локального сегмента. Кроме того, он поддерживается только операционными системами Microsoft и OS/2, и если вы планируете связываться с файловым сервером, работающим под управлением UNIX или сервером печати NetWare, то потерпите фиаско.

В настоящее время использование NetBEUI ограничено. Быстродействие протокола TCP/IP возросло, так что NetBEUI потерял былое преимущество в производительности. В связи с повсеместным распространением Internet, вам непременно следует использовать TCP/IP — основной протокол этой сети. И даже несмотря на то, что некоторые приложения NetBIOS требуют поддержки протокола NetBEUI, в настоящее время с тем же успехом можно использовать NetBIOS "поверх" (over) протокола IP.

В целом же протокол NetBEUI нельзя назвать совсем бесполезным, но применимость его ограничена небольшими сетями, состоящими из единственного о узла, которым не нужна связь с Internet и другими сетями.

Протокол IPX/SPX Транспортный протокол IPX/SPX— интеллектуальная собственность фирмы Novell.

Фактически он состоит из двух протоколов: IPX и SPX. IPX (Internet Package Exchange межсетевой обмен пакетами) - протокол сетевого уровня, не ориентированный на установление соединения (connectionless). Он отвечает за поиск наилучшего пути передачи пакетов к месту назначения и за отбор их по прибытии, управляет адресацией и маршрутизацией пакетов. Таким образом, на уровне IPX назначают логические сетевые адреса (в отличие от адресов аппаратных средств, которые используют на канальном уровне и "зашиты" изготовителями в сетевые платы). IPX-адрес состоит из четырехбайтового (32битового) сетевого номера и шестибайтового (48-битового) узлового номера.

Что означают эти номера? Сетевой номер, называемый также внешним сетевым адресом, идентифицирует физический сегмент, к которому подключен компьютер. Если в сегмент входят несколько серверов, они должны использовать единый внешний адрес.

Примечание Внешние сетевые адреса присваивают только серверам NetWare. Клиентные машины сетей NetWare наследуют эти адреса от серверов, с которыми устанавливают связь.

Узловой номер, или внутренний сетевой адрес — это обычно адрес аппаратных средств сетевой платы компьютера, что очень удобно, поскольку избавляет от необходимости транслировать имена, назначенные программными средствами (software-assigned names) в имена аппаратных средств. При установке сервера Novell NetWare вам предлагают принять или заменить внутренний номер IPX. Затем этот номер становится иденГлава 3. Сетевые протоколы и интерфейсы прикладных программ тификационным номером (ID) данного сервера. Если на рабочей станции ввести команду slist, то вы увидите список ID для каждого перечисленного сервера.

На рис. 3. 5 показан формат полного IPS-адреса сети NetWare.

Совет Если вам необходимо поддерживать NetBIOS, вы можете задействовать поддержку NetBIOS "поверх" IPX/SPX.

Обратите внимание: протокол IPX управляет маршрутизацией. Иными словами, протокол IPX/SPX, в отличие от NetBEUI, относится к маршрутизируемым протоколам.

Поэтому с его помощью можно соединять сегменты сети, разделенные маршрутизаторами. Чтобы найти наилучший путь, каждые 60 с в сети с протоколом IPX (средствами протокола RIP (Routing Information Protocol — обмен информации о маршрутизации) или NLSP (NetWare Link Service Protocol — обслуживание каналов NetWare)) передается широковещательный запрос (broadcast), т. е. посылается в предполагаемое место по всем известным каналам. После этого возвращается своеобразное "эхо". По времени задержки эхо-сигнала определяется кратчайший путь, ведущий в заданное место. Подобный метод имеет единственный недостаток: протокол IPX/SPX слишком "шумный" — постоянно обновляя текущие маршруты данных, оборудование генерирует значительный сетевой трафик. Подробнее маршрутизация рассматривается в гл. 5 "Дополнительное сетевое оборудование".

Поскольку IPX не поддерживает обработку ошибок, в некоторых случаях он дополняется средствами протокола SPX (Sequenced Package Exchange - последовательный обмен пакетами). Этот протокол транспортного уровня ориентирован на установление соединений. Он гарантирует установление надёжного соединения перед отправлением данных по сети.

Поскольку протокол SPX обеспечивает корректность работы соединения, то отвечает за обработку искаженных пакетов и других ошибок. Его основные функции заключаются в вычислениях в среде пар клиент/сервер, которым необходима связь, исключающая ошибки.

Протоколы IPX и SPX являются собственностью фирмы Novel, но благодаря протоколам, совместимым с IPX/SPX, их применение не ограничено сетями NetWare. Аналогичные протоколы отличаются от исходного, но могут устанавливать с ним связь. Эти совместимые протоколы позволяют сетям Microsoft устанавливать связь с сетями NetWare, хотя в них и не используется общий транспортный протокола. Протоколы NetWare IP и TCP/IP фирмы Microsoft друг с другом не совместимы.

Протокол TCP/IP TCP/IP разработан ARPANET (Сеть перспективных исследований и разработок) по заказу министерства обороны США. Предназначен для соединения сетей с разнородным оборудованием, скажем, систем Sun с мэйнфреймами, а мэйнфреймов — с персональными компьютерами. Каждая половина имени протокола "TCP/IP" означает его ориентированность на решение собственной задачи.

Примечание Строго говоря, TCP/IP состоит не из двух частей - фактически это набор из нескольких протоколов. Однако аббревиатуры IP и TCP известны лучше всех, так что здесь мы и остановимся Протокол Internet (IP — Internet Protocol) работает на сетевом уровне, предоставляя различным сетям стандартный набор правил и спецификаций для межсетевой пакетной маршрутизации с помощью IP-адресов. Протокол IP позволяет устанавливать связь, как между локальными сетями, так и между отдельными компьютерами. С другой стороны, протокол управления передачей данных (TCP — Transmission Control Protocol) работает на транспортном уровне модели OSI. Он обеспечивает прием сетевой информации и трансляцию ее в форму, "понятную" сети, и таким образом организует взаимодействие процессов между двумя компьютерами или клиентами. IP можно представить себе как часть, задающую правила установления связи, а TCP – как часть, отвечающую за интерпретацию данных.

Вы можете сами оценить работу TCP/IP по тем задачам, которые он решает. Это транспортный протокол Internet, системы, соединяющей тысячи отдельных компьютеров и сетей по всей планете. Хотя TCP/IP первоначально предназначался для использования университетами и армией, он стал самым популярным протоколом и офисных приложений, так как позволяет соединять локальные сети, UNIX-машины, миникомпьютеры DEC VAX, а также и множество компьютеров иных типов.

Что происходит, если удаленный компьютер Macintosh отсылает данные на персональный компьютер главного офиса? Во-первых, средства протокола TCP обеспечивают установление связи, гарантирующей дуплексный контроль ошибок (контроль ошибок данных в обоих направлениях) между обеими платформами. Во-вторых, IP задает правила установления связи и обеспечивает соединение портов компьютеров. К этому времени в соответствии с TCP подготавливаются данные. Соответствующая программа забирает их, разделяет на меньшие части, если их объем слишком велик, и вставляет в пакет новый заголовок ("адрес пересылки"), чтобы гарантировать правильную доставку пакета. Кроме того, в пакете указывается тип содержащихся данных и их объем. Затем пакет конвертируется в стандартный зашифрованный формат и передается на персональный компьютер главного офиса. Наконец, программа, установленная на персональном компьютере и главном офисе, транслирует шифрованный пакет в собственный формат и соответствии с TCP.

Этот процесс показан на рис. 3.6.

Во многих сетях, разбросанных по всему миру, протокол ТСР/IP используется как стандартный. Это — единственное средство коммуникации, позволяющее связываться рабочим станциям всех типов — PC, Macintosh, UNIX. Кроме того, он необходим для выхода в Internet. TCP/IP работает несколько медленнее NetBEUI, однако издержки производительности компенсируются широкой поддержкой протокола. И действительно, лучше работать несколько медленнее, но иметь возможность связаться со всем миром, чем быстрее, но в пределах небольшой рабочей группы.

Требования к конфигурированию TCP/IP Один из недостатков протокола TCP/IP состоит в трудности его установки неопытными пользователями, поскольку необходимо задать множество адресов и серверов. Как указывалось ранее, установка адресов протоколов NetBEUI и IPX/SPX не встречает затруднений. При использовании NetBEUI вы назначаете имя компьютера, а при IPX/SPX — идентификатор сети (network identifier) и позволяете системе назначить собственный идентификатор узла (node identifier), основываясь на адресе аппаратных средств сетевой платы компьютера. Однако протокол TCP/IP требует указания множества адресов, а именно:

локальный IP-адрес;

IP-адрес сервера DNS (Domain Name Service — служба имен домена), который транслирует легко запоминаемые человеком адреса, например, computer.company.com, в IP-адреса;

в сетях Windows NT, использующих имена NetBIOS для идентификации компьютеров, следует указать IP-адрес сервера WINS (Windows Internet Name Service — система присвоения имен Internet для Windows), который транслирует имена NetBIOS в IP-адреса;

шлюз (gateway) по умолчанию (т. е. портал (главный вход) в следующий сегмент сети), который необходим также и для доступа в Internet;

число (называемое маской подсети), идентифицирующее сетевой сегмент, в котором расположен данный компьютер;

если задействовано динамическое присвоение IP-адресов, следует указать IP-адрес сервера, назначающего IP-адреса.

Если вы уже хоть немного работали в Internet, вероятно, вам знакома концепция IPадресов. Говоря упрощенно, они представляют собой 32-битовые (четырехбайтовые) числа, которые идентифицируют сетевой компьютер. По сути, это программный адрес комЛокальные сети. Полное руководство пьютера, в отличие от аппаратного адреса, "зашитого" в сетевую плату. В двоичном формате IP-адрес выглядит примерно так:

11000000 01101010 В таком виде его нелегко понимать пользователям, за исключением разве что программистов (и компьютеров). Поэтому, исключительно для удобства, IP-адреса обычно записывают в формате октетов, разделенных точками. В этом формате каждый байт из битов номера преобразуется и десятичное число.

192.106.126. Каждой сетевой плате, работающей в сети TCP/IP, присваивается уникальный IPадрес, идентифицирующий ее во всей сети, а не только в локальном сегменте.

Откуда берутся эти IP-адреса? Где узнать, какие числа следует включать в них? Ответ зависит от "области охвата" вашей сети. Если вы создаете IP-адреса для локальной сети TCP/IP, которая никогда не будет подключена к Internet, то можете назначать их до некоторой степени произвольно (достаточно помнить, что двум сетевым платам нельзя назначать одинаковый адрес). Если же вы собираетесь подключиться к Internet, необходимо получить уникальные IP-адреса, обратившись в международную организацию InterNIC.

InterNIC - единственная организация, которая уполномочена выделять IP-адреса заинтересованным фирмам и организациям. В первом приближении можно считать, что она выделяет группы IP-адресов, основываясь на размерах организаций. С этой целью InterNIC предоставляет организации конкретные числа для первого байта (первых двух, или трех байтов), а для назначения остальных адресов позволяет организации использовать оставшиеся номера по собственному усмотрению. Так, например, если вы запросили у InterNIC набор адресов Internet, вам могут предоставить набор, скажем, 192. 106. Х. Х. Это означало бы, что все ваши IP-адреса должны начинаться с префикса 192. 106, но вы можете назначить номера (вплоть до 255) по собственному усмотрению остальным двум октетам. Часть, назначенную InterNIC, называют полем сети адреса, а ту, что назначена вами, - полем узла (host portion).

Совет Если вас еще не испугала идея самостоятельно назначать IP-адреса каждому компьютеру вашей организации, ужаснитесь сейчас. Вам предстоит не только назначить номера, но также и создать файл, сопоставляющий имена компьютеров < IP-адресами. Этот файл должен поддерживаться и постоянно обновляться на каждом сетевом компьютере. Чтобы упростить задачу, вы можете запустить сервер DHCP (протокол динамического конфигурирования компьютера), чтобы взять IP-адреса из специального буфера, а затем использовать серверы WINS или DNS для преобразования имен в адреса. Серверы WINS работают с именами NetBIOS, a DNS - с доменными именами.

Краеугольный камень адресации Internet заключается в идентификации не собственно компьютера, а подсети, т. е. той части сети, в которую компьютер входит. Это достигается не с помощью внешнего сетевого адреса, как в адресах IPX/SPX, а с масками подсети. Маска подсети — число, которое можно "наложить" на IP-адрес. Если сетевая часть IP-адресов компьютеров совпадает с ней, значит, машины находятся в одной подсети. В противном случае, два IP-адреса относятся к разным подсетям.

Установить связь между двумя компьютерами одной подсети несложно.

О6орудование передает данные (в соответствии с требованиями протокола TCP/IP) с помощью широковещательной передачи, а компьютер, адрес которого совпадает с указанным в пакете IP, принимает данные. Если компьютеру одной подсети необходимо связаться с компьютером в другой, — запрос должен поступить на маршрутизатор, соединяющий подсети. Маршрутизатор просматривает сетевой адрес места назначения, определяет, находится ли он в данной подсети или нет, а затем направляет пакет в следующую подсеть. Затем этот маршрутизатор проверяет IP-адрес места назначения, определяет, находится ли он в данной подсети, и вслед за этим либо передает сообщение с помощью широковещательной передачи, либо снова направляет пакет в следующую подсеть. Эта процедура продолжается обнаружения нужной подсети. Задача маршрутизации весьма сложна (мы вернемся к ней в гл. 5 "Дополнительное сетевое оборудование").

Когда пакет поступает в место назначения, протокол определения адреса (ARP) преобразует IP-адрес в аппаратный адрес сетевой платы. Помимо того, протокол ARP отвечает за трансляцию адресов исходящих данных.

Куда мы двинемся дальше? Часть I - протокол IP версии Internet воплотил предсказания авторов фантастических романов о создании мировой компьютерной сети. Поскольку же эта сеть работает по протоколу TCP/IP, его изменения соответственно отражают и потребности Ной глобальной сети.

Примечание В настоящее время используется версия 4 протокола IP. Версии 5 не существует.

В конце 1998 г. протокол IP - часть набора протоколов TCP/IP, отвечающая за маршрутизацию пакетов по сети, - начали адаптировать к изменениям типов передаваемых данных и для улучшения управления возрастающего трафика Internet. Изменения в протоколе позволяют:

улучшить адресацию, поддерживающую более длинные (до 128 бит) адреса, а также кластерные адреса (cluster address) или групповые адреса (anycast address), идентифицирующие группы узлов сети TCP/IP;

упростить форматы заголовков, позволяющие компенсировать влияние на сеть укрупненных пакетов IP;

улучшить поддержку расширений и параметров, включая пробел для пустых расширений с целью облегчения изменения формата пакета (если это понадобится в дальнейшем);

ввести метки потоков, идентифицирующих потоки пакетов, поступающих с конкретного узла;

ввести дополнительные расширения, повышающие возможность контроля ошибок и идентификации пользователей, а также (при необходимости) защиту данных.

Подробные сведения о версии 6 протокола IP (IPv6) описаны в RFC 1883. Здесь они приведены частично, в основном, для тех, кто ни за что в жизни не желает конструировать маршрутизаторы.

Повышенная гибкость маршрутизации. Логически IP-адреса совершенно несложны: их число не превышает того, что можно "выжать" из 32 бит, т. е. всего-навсего 967 296 (около 4 миллиардов - если это вам интересно), а каждое устройство в Internet "требует" собственного IP-адреса, Если принять во внимание, что не все> адреса доступны, то это число дополнительно ограничивается следующими причинами:

Десятичное значение каждого октета 32-битового адреса не превышает 255.

Многие адреса резервируются для целей, отличных от тех, для которых предназначены обычные IP-адреса. Например, адреса, начинающиеся с 10 в первом октете используются только локально.

Фирмам и организациям выдают группы адресов, которыми они распоряжаются самостоятельно, независимо от того, нужны они им или нет. Например, все адреса, начинающиеся с 192. 233. х. х принадлежат фирме Novell. И даже если адрес 192.

233. 54. 5 в ней не используется, никто, кроме Novell, не сможет им воспользоваться.

Для уменьшения числа необходимых IP-адресов предпринималось несколько попыток (серверы DHCP для временного выделения адресов, CIDR и т. п. ). Однако число пользователей Internet растет, и вскоре потребуются 128-битовые адреса. Я не прорицатель, и это нравится мне точно так же, как необходимость звонить по телефонному номеру из 10 цифр, но, тем не менее, 128-битовые IP-адреса необходимы точно так же, как телефонные номера из 10 цифр - более краткие идентификаторы уже непригодны.

Для облегчения адресации пакетов группам пользователей (не обязательно подсетям или сетям) предусматривается использование групповых адресов (anycast address). Вместо отсылки пакетов индивидуально каждому члену группы, вы должны будете отсылать их кластеру, который представляет собой логическую, а не физическую группу.

Примечание Групповые адреса (anycast addresses) заменят широковещательные адреса (broadcast address), использование которых предусмотрено протоколом IPv4.

Метки потоков (Flow labelling). Удлинение адресов может причинить неудобства пользователям, которым придется их вводить, однако упростит идентификацию компьютеров Internet. Другая проблема Internet, вызывающая беспокойство, — трафик.

На заре своего появления Internet поддерживала небольшой трафик. Большую часть данных, передаваемых по сети, составляли файлы и сообщения электронной почты. Однако со временем характер трафика изменился. Теперь он состоит из поддержки групп новостей и досок объявлений, позволяющих посылать сообщения на всеобщее обозрение. Появились комнаты для переговоров (chat rooms) и Web. Кроме того, в настоящее время стали возможны и телефонные переговоры по Internet. Загрузка данными продолжает расти, и это вызвано ростом числа служб и пользователей — они сами по себе загружают трафик значительно больше, чем передача файлов.

Однако представьте себе на мгновение, что Internet — это множество сетей, соединенных маршрутизаторами. Маршрутизаторы рассматриваются в гл. 5 "Дополнительное сетевое оборудование". Каждый маршрутизатор отвечает за идентификацию наилучшего пути передачи данных по месту назначения. С этой целью он должен идентифицировать место назначения каждого принятого пакета, т. е. открыть и исследовать множество пакетов. Так вот, в пакете IPv6 есть поле, где можно указать конкретный поток, к которому относится пакет. Идея такова: если маршрутизатор установит, что пакет является частью потока пакетов, следующих в одно и то же место, ему фактически нет нужды определять, где находится это место, после того, как он исследует первый же пакет в проходящей группе (flow group).

Примечание По умолчанию маршрутизатор должен "помнить" метку потока в течение шести секунд, однако это время можно увеличить вручную.

Приоритет пакета. Иногда трафик Internet может стать настолько тяжелым, что пакет может "погибнуть". Как правило, пакеты отбрасываются без учёта их важности. Однако пакетам IPv6 можно присваивать приоритеты в соответствии с назначением.

Значения приоритетов разделены на два диапазона: 0—7 и 8—15. При перегрузке сети пакеты с низшим приоритетом (номером) в пределах данного диапазона отбрасываются в первую очередь, причем каждый диапазон рассматривается отдельно. Иными словами, пакет с приоритетом 6 не обязательно отбрасывается ранее пакета с приоритетом 8, поскольку пакет с приоритетом 6 в пределах своего диапазона имеет высший приоритет.

Значения приоритетов 0—7 используют для указания приоритета трафика, для которого источник обеспечивает контроль перегрузки (congestion control), т. е. трафик, использующий протокол высшего уровня (например, TCP) для отслеживания способности системы управлять потоком данных, при перегрузке системы прерывается. Ниже приведены значения приоритетов трафика с контролем перегрузки, предусмотренные спецификацией IPv6.

0 - трафик без приоритета.

1 - трафик - "заполнитель" ("Filler" traffic) (сетевые новости).

2 - необслуживаемая передача данных (электронная почта).

4 — обслуживаемая передача большого объема данных (FTP, NFS), 6 — интерактивный трафик (telnet, протокол дисплея).

7 — управляющий трафик Internet (маршрутизирующие протоколы, SNMP).

Примечание Приоритеты 3 и 5 зарезервированы на будущие категории.

Значения 8—15 используют для указания приоритета трафика, который не прерывается в ответ на перегрузку. К нему относятся пакеты речевой и видеоинформации, отсылаемые с постоянной скоростью. Они не отмечены в спецификации, но, как правило, более важная информация (скажем, слабо различимый голос) должна иметь приоритет выше, чем информация, которая при передаче имела бы превосходное качество, но малосущественна (скажем, высококачественная видеоинформация).

Поддержка крупнейших пакетов. Среди прочих расширений (extensions), предназначенных для улучшения "отклика" IPv6 на условия работы в Internet, можно отметить те, которые позволяют увеличить размер пакетов IP, т. е. нести больший объем полезных данных по сравнению с IPv4. Это весьма полезная возможность, поскольку применение крупных пакетов позволяет передать данные с помощью меньшего числа пакетов, что, в свою очередь, уменьшает задержку при маршрутизации пакетов.

Куда мы двинемся дальше? Часть II - миграция к IPv Как вы заметили, текущая реализация протокола IP значительно отличается от той, что маячит на горизонте. Без использования новых параметров, таких как приоритеты и управление потоками, адресация пакетов была бы значительно сложней. Если же в пакете этих установок не существует, новые возможности игнорируются. Переход на новый протокол не происходит автоматически. Не думайте, что одним прекрасным утром вы обнаружите, что все узлы вашей сети обновились до IPv6.

Задача перехода от IPv4 к IPv6 отнюдь не проста. В настоящее время открылись курсы, на которых обучают решению этой проблемы и, кроме того, можно использовать http://www.emos.be/ ccexist/etg071/gintrod.htm - INICIO.

He вдаваясь в детали, укажу четыре метода перехода сети на протокол IPv6.

Поддержка обоих протоколов.

Включение в один пакет адресов для обоих протоколов.

Создание туннеля IPv6 посредством протокола IPv4.

Трансляция заголовков с тем, чтобы узлы IPv6 могли связываться с узлами IPv4.

Примечание Вы не понимаете, что все это значит? Туннелирование рассматривается в гл. 6 "Общие сведения о глобальных сетях", трансляция заголовков - при обсуждении мостов в гл. 5 "Дополнительное сетевое оборудование".

Если же вы решитесь пройти весь этот путь, вам придется обновить всю сеть в следующем порядке.

1. Обновить сервер DNS для поддержки новых адресов.

2. Обновить узлы для поддержки как IPv4, так и IPv6.

3. Развернуть обновленные узлы.

4. Обновить область (сегмент сети) для полного перехода на протокол IPv6, причем оба протокола должны поддерживать только граничные маршрутизаторы.

5. Обновить маршрутизаторы для полного перехода на протокол IPv6.

6. Развернуть новые маршрутизаторы.