Какая схема подключения компьютеров в локальную сеть обеспечивает минимальный расход кабеля
Обновлено: 19.05.2024
Компьютерная связь может осуществляться по проводам, оптическим волокнам или радиоканалам. В проводных сетях может использоваться экранированный коаксиальный кабель, аналогичный проводу, соединяющему телевизор с видеомагнитофоном или антенной. Они также могут использовать более простую неэкранированную проводку с модульными разъемами, аналогичными телефонным проводам. Оптические волокна могут передавать больше сигналов, чем провода; они часто используются для соединения зданий в кампусе колледжа или на корпоративном объекте и все чаще используются для связи на большие расстояния, поскольку телефонные компании обновляют свои сети. Микроволновое радио также передает сигналы компьютерных сетей, как правило, как часть систем междугородной телефонной связи. Маломощное микроволновое радио становится обычным явлением для беспроводных сетей внутри здания.
Локальные сети
Локальные вычислительные сети (ЛВС) соединяют компьютеры внутри здания или небольшой группы зданий. ЛВС может быть сконфигурирована как (1) шина, основной канал, к которому узлы или второстепенные каналы подключаются в разветвленной структуре, (2) кольцо, в котором каждый компьютер соединен с двумя соседними компьютерами, образуя замкнутую цепь, или (3) звезда, в которой каждый компьютер напрямую связан с центральным компьютером и только косвенно друг с другом. Каждый из них имеет свои преимущества, хотя конфигурация шины стала наиболее распространенной.
Простые шинные сети, такие как Ethernet, распространены в домашних условиях и в небольших офисах. Наиболее распространенной кольцевой сетью является Token Ring от IBM, в которой используется «маркер», который передается по сети для управления тем, какое место имеет права на отправку. Звездообразные сети распространены в крупных коммерческих сетях, поскольку сбой в любом узле обычно не нарушает работу всей сети.
Даже если подключены только два компьютера, они должны следовать правилам или протоколам для связи. Например, один может сигнализировать «готов к отправке» и ждать, пока другой сигнализирует «готов к приему». Когда несколько компьютеров совместно используют сеть, протокол может включать правило «говорить только тогда, когда настала ваша очередь» или «не разговаривать, когда говорит кто-то другой». Протоколы также должны быть разработаны для обработки сетевых ошибок.
Первый Ethernet имел пропускную способность около 2 мегабит в секунду, а сегодня широко распространен Ethernet со скоростью 10 и 100 мегабит в секунду, а также используется Ethernet со скоростью гигабит в секунду. Трансиверы Ethernet (передатчики-приемники) для ПК недороги и легко устанавливаются.
Недавний стандарт беспроводной сети Ethernet, известный как Wi-Fi, становится обычным явлением для небольших офисов и домашних сетей. Используя частоты от 2,4 до 5 гигагерц (ГГц), такие сети могут передавать данные со скоростью до 600 мегабит в секунду. В начале 2002 года был выпущен еще один стандарт, подобный Ethernet. Известная как HomePlug, первая версия могла передавать данные со скоростью около 8 мегабит в секунду через существующую инфраструктуру электроснабжения здания. Более поздняя версия может достигать скорости 1 гигабит в секунду.
Глобальные сети
Глобальные сети (WAN) охватывают города, страны и весь земной шар, обычно используя телефонные линии и спутниковые каналы. Интернет соединяет несколько глобальных сетей; как следует из названия, это сеть сетей. Его успех связан с ранней поддержкой Министерства обороны США, которое разработало его предшественник, ARPANET, чтобы позволить исследователям легко общаться и обмениваться компьютерными ресурсами. Его успех также связан с его гибкой техникой коммуникации. Появление Интернета в 1990-х годах в качестве не только средства связи, но и одного из основных направлений использования компьютеров, возможно, является наиболее значительным достижением в области вычислительной техники за последние несколько десятилетий. Дополнительную информацию об истории и технических деталях протоколов связи в Интернете см. в см. Интернет.
Компьютерное программное обеспечение
Программное обеспечение — программы, работающие на компьютерах. Джону Тьюки, статистику из Принстонского университета и Bell Laboratories, обычно приписывают введение этого термина в 1958 году (а также введение слова bit для обозначения двоичной цифры). Первоначально под программным обеспечением в основном подразумевалось то, что сейчас называется системным программным обеспечением — операционная система и сопутствующие служебные программы, например, те, которые компилируют (транслируют) программы в машинный код и загружают их для выполнения. Это программное обеспечение поставлялось с компьютером, когда он был куплен или взят в аренду. В 1969 году компания IBM решила "разделить" свое программное обеспечение и продавать его по отдельности, и вскоре программное обеспечение стало основным источником дохода как для производителей, так и для компаний, специализирующихся на разработке программного обеспечения.
Программное обеспечение для бизнеса и личного пользования
Программное обеспечение для бизнеса, как правило, должно обрабатывать большие объемы данных, но относительно мало вычислений, хотя в последние годы ситуация несколько изменилась.Программное обеспечение Office обычно включает в себя текстовые процессоры, электронные таблицы, программы баз данных и инструменты для разработки публичных презентаций.
Электронная таблица – это тип бухгалтерской программы. В отличие от специализированных бухгалтерских программ (например, для расчета заработной платы и офисных записей), важной функцией электронных таблиц является их способность исследовать «Что, если?» сценарии. Электронная таблица не только содержит таблицы данных, но также определяет отношения между их строками и столбцами. Например, если прибыль от продукта определяется с точки зрения различных затрат — материалов, производства и доставки, — легко спросить: «А что, если мы будем использовать более дешевые материалы, требующие больших производственных затрат?»
База данных – это организованный набор данных или записей. Базы данных систематизируют информацию, чтобы ответить на такие вопросы, как «Какие компании на юго-западе купили более 100 наших продуктов в прошлом году?» или «Какие продукты производства Acme Manufacturing дефицитны?» Такое программное обеспечение часто интегрируется, так что отчет базы данных или таблица электронной таблицы могут быть добавлены к документу, составленному с помощью текстового процессора, часто с иллюстративными графиками. Сегодня даже самые тривиальные данные можно легко прославить, представив их в виде полихроматической гистограммы с трехмерным затенением.
Научное и инженерное программное обеспечение
Научное программное обеспечение обычно используется для решения дифференциальных уравнений. (Дифференциальные уравнения используются для описания непрерывных действий или процессов, которые зависят от некоторых других факторов.) Хотя некоторые дифференциальные уравнения имеют относительно простые математические решения, точные решения многих дифференциальных уравнений получить очень трудно. Однако компьютеры можно использовать для получения полезных приближенных решений, особенно когда задача разбивается на более простые пространственные или временные части. Тем не менее, крупномасштабные задачи часто требуют параллельных вычислений на суперкомпьютерах или кластерах небольших компьютеров, выполняющих общую работу.
Существует множество стандартных библиотек программного обеспечения для решения уравнений: некоторые из них коммерческие, другие распространяются национальными организациями в нескольких странах. Другой тип программного пакета занимается символической математикой, получая точные решения с помощью алгебраических манипуляций. Двумя наиболее широко используемыми символьными пакетами являются Mathematica и Maple.
Программное обеспечение для научной визуализации сочетает в себе высокопроизводительную графику с выходными данными решателей уравнений для получения ярких изображений моделей физических систем. Как и в случае с электронными таблицами, программное обеспечение для визуализации позволяет экспериментатору изменять начальные условия или параметры. Наблюдение за эффектом таких изменений может помочь в улучшении моделей, а также в понимании исходной системы.
Визуализация – важная функция автоматизированного проектирования (САПР) и автоматизированного проектирования (САПР). Инженер может спроектировать мост, использовать программное обеспечение для моделирования, чтобы отобразить его, и изучить его при различных нагрузках. Программное обеспечение CAE может преобразовывать чертежи в точную спецификацию частей механической системы. Сами компьютерные чипы разрабатываются с помощью программ САПР, которые позволяют инженеру написать спецификацию для части чипа, детально смоделировать его поведение, тщательно протестировать его, а затем создать макеты для фотолитографического процесса, в ходе которого схема помещается на кремний.
Астрономические исследования неба, прогнозирование погоды и медицинские изображения, такие как магнитно-резонансная томография, компьютерная томография и анализ ДНК, создают очень большие коллекции данных. Сегодня в научных вычислениях используются те же мощные методы статистики и анализа закономерностей, что и во многих бизнес-приложениях.
Интернет и программное обеспечение для совместной работы
Среди наиболее часто используемых персональных программ для работы в Интернете — «браузеры» для отображения информации, расположенной во Всемирной паутине, программы чтения новостей для чтения «групп новостей», расположенные в USENET, программы обмена файлами для загрузки файлов и программы для обмена данными по электронной почте. , а также программы «мгновенного обмена сообщениями» и «комнаты для чатов», которые позволяют людям вести беседы в режиме реального времени. Все эти приложения используются как для личных, так и для деловых целей.
Другое распространенное интернет-программное обеспечение включает поисковые системы в Интернете и программы «веб-сканирования», которые просматривают Интернет для сбора и классификации информации. Программы веб-сканирования — это своего рода агентское программное обеспечение, термин для программ, которые выполняют рутинные задачи для пользователя. Они возникли в результате исследований искусственного интеллекта и выполняют некоторые задачи библиотекарей, но находятся в крайне невыгодном положении. Хотя веб-страницы могут иметь индексные термины «теги содержимого», не все они есть, и еще не существует общепринятых стандартов для их использования. Механизмы веб-поиска должны использовать эвристические методы для определения качества информации веб-страницы, а также ее содержания. Многие детали являются собственностью, но они могут использовать такие методы, как поиск «хабов» и «авторитетов» (страниц с множеством ссылок на другие веб-сайты и с них).Такие стратегии могут быть очень эффективными, хотя потребность в веб-версии карточных каталогов не исчезла.
Другой вид использования Интернета зависит от огромного количества компьютеров, подключенных к Интернету, которые большую часть времени простаивают. Вместо того, чтобы запускать программу-хранитель экрана, эти компьютеры могут запускать программное обеспечение, которое позволяет им совместно анализировать какую-то сложную проблему. Двумя примерами являются проект [email protected], который распространяет фрагменты данных радиотелескопа для анализа, который может помочь в поиске внеземного разума (SETI), и «Великий поиск простых чисел Мерсенна в Интернете» (GIMPS), который распределяет задачи по тест на большие простые числа.
Интернет также стал бизнес-инструментом, а возможность собирать и хранить огромные объемы информации привела к созданию хранилищ данных и интеллектуальному анализу данных. Первый термин относится к неструктурированным наборам данных, а второй — к их анализу. Интеллектуальный анализ данных использует статистику и другие математические инструменты для поиска шаблонов информации. Дополнительную информацию о бизнесе в Интернете см. в см. электронной коммерции.
Игры и развлечения
Компьютерные игры почти так же стары, как цифровые компьютеры, и постоянно совершенствуются. Широко распространено мнение, что недавняя программа Chinook для игры в шашки (шашки) лучше любого человека, а шахматная программа IBM Deep Blue обыграла чемпиона мира Гарри Каспарова в 1996 году. Эти программы продемонстрировали мощь современных компьютеров, а также сила хорошей эвристики для стратегии. С другой стороны, такая эвристика поиска методом грубой силы не смогла создать программу, способную победить даже игроков средней квалификации, потому что в этой японской игре слишком много возможных ходов для простой количественной оценки.
После настольных игр самыми ранними компьютерными играми были текстовые приключения, в которых игроки исследовали виртуальные миры, искали сокровища и сражались с врагами, читая и вводя простые команды. Такие игры напоминали военные симуляторы, впервые использовавшиеся в начале 1950-х годов. Однако современные игры зависят от высокопроизводительной компьютерной графики. Играя на аркадных автоматах, специальных игровых компьютерах для домашнего использования или ПК, они используют те же возможности, что и программы моделирования и визуализации. Смежной областью является компьютерная анимация (CG) для фильмов и видео.
Кабель — это среда, по которой информация обычно передается от одного сетевого устройства к другому. Существует несколько типов кабелей, которые обычно используются в локальных сетях. В некоторых случаях в сети будет использоваться только один тип кабеля, в других сетях будут использоваться различные типы кабелей. Тип кабеля, выбранного для сети, зависит от топологии, протокола и размера сети. Понимание характеристик различных типов кабелей и того, как они соотносятся с другими аспектами сети, необходимо для разработки успешной сети.
В следующих разделах обсуждаются типы кабелей, используемых в сетях, и другие связанные темы.
- Кабель с неэкранированной витой парой (UTP)
- Кабель с экранированной витой парой (STP)
- Коаксиальный кабель
- Волоконно-оптический кабель
- Руководства по установке кабелей
- Беспроводные локальные сети
- Кабель с неэкранированной витой парой (UTP)
Витая пара бывает двух видов: экранированная и неэкранированная. Неэкранированная витая пара (UTP) является наиболее популярной и, как правило, лучшим вариантом для школьных сетей (см. рис. 1).
Рис.1. Неэкранированная витая пара
Качество UTP может варьироваться от телефонного кабеля до высокоскоростного кабеля. Кабель имеет четыре пары проводов внутри оболочки. Каждая пара скручена с разным количеством витков на дюйм, чтобы устранить помехи от соседних пар и других электрических устройств. Чем туже скручивание, тем выше поддерживаемая скорость передачи и выше стоимость фута. EIA/TIA (Ассоциация электронной промышленности/Ассоциация телекоммуникационной промышленности) установила стандарты UTP и оценила шесть категорий проводов (появляются дополнительные категории).
Категории неэкранированной витой пары
| Категория | Скорость | Использование |
|---|---|---|
| 1 | 1 Мбит/с | Только голос (телефонный провод) |
| 2 | 4 Мбит/с | Местный разговор и телефон (редко используется ) |
| 3 | 16 Мбит/с | 10BaseT Ethernet |
| 4< /td> | 20 Мбит/с | Token Ring (используется редко) |
| 5 | 100 Мбит/с (2 пары) | 100BaseT Ethernet |
| 1000 Мбит/с (4 пары) | Gigabit Ethernet | |
| 5e | 1000 Мбит/с | Gigabit Ethernet |
| 6 | 10 000 Мбит/с< /td> | Gigabit Ethernet |
Разъем для неэкранированной витой пары
Стандартным разъемом для неэкранированной витой пары является разъем RJ-45. Это пластиковый разъем, похожий на большой телефонный разъем (см. рис. 2). Слот позволяет вставлять RJ-45 только одним способом. RJ расшифровывается как Registered Jack, подразумевая, что разъем соответствует стандарту, заимствованному из телефонной индустрии. Этот стандарт определяет, какой провод подходит к каждому контакту внутри разъема.
Рис. 2. Разъем RJ-45
Кабель с экранированной витой парой (STP)
Несмотря на то, что кабель UTP является наименее дорогим кабелем, он может быть восприимчив к радиочастотным и электрическим помехам (он не должен находиться слишком близко к электродвигателям, люминесцентным лампам и т. д.). Если вы должны разместить кабель в среде с большим количеством потенциальных помех или если вы должны разместить кабель в чрезвычайно чувствительной среде, которая может быть восприимчива к электрическому току в UTP, экранированная витая пара может быть решением. Экранированные кабели также могут помочь увеличить максимальную длину кабелей.
Кабель с экранированной витой парой доступен в трех различных конфигурациях:
- Каждая пара проводов индивидуально экранирована фольгой.
- Внутри оболочки имеется экран из фольги или оплетки, покрывающий все провода (группой).
- Есть экран вокруг каждой отдельной пары, а также вокруг всей группы проводов (так называемая витая пара с двойным экраном).
Коаксиальный кабель
В центре коаксиального кабеля находится один медный проводник. Слой пластика обеспечивает изоляцию между центральным проводником и плетеным металлическим экраном (см. рис. 3). Металлический экран помогает блокировать любые внешние помехи от флуоресцентных ламп, моторов и других компьютеров.
Рис. 3. Коаксиальный кабель
Несмотря на сложность прокладки коаксиального кабеля, он обладает высокой устойчивостью к помехам. Кроме того, он может поддерживать большую длину кабеля между сетевыми устройствами, чем кабель витой пары. Коаксиальные кабели бывают двух типов: толстые коаксиальные и тонкие коаксиальные.
Тонкий коаксиальный кабель также называют тонкой сетью. 10Base2 относится к спецификациям тонкого коаксиального кабеля, передающего сигналы Ethernet. Цифра 2 означает, что приблизительная максимальная длина сегмента составляет 200 метров. На самом деле максимальная длина сегмента составляет 185 метров. Тонкий коаксиальный кабель был популярен в школьных сетях, особенно в сетях с линейными шинами.
Толстый коаксиальный кабель также называют толстой сетью. 10Base5 относится к характеристикам толстого коаксиального кабеля, передающего сигналы Ethernet. Цифра 5 означает, что максимальная длина сегмента составляет 500 метров. Толстый коаксиальный кабель имеет дополнительную защитную пластиковую оболочку, предотвращающую попадание влаги на центральный проводник. Это делает толстый коаксиальный кабель отличным выбором при использовании длинных кабелей в сети линейных шин. Одним из недостатков толстого коаксиала является то, что он не сгибается и его сложно установить.
Соединители коаксиального кабеля
Самым распространенным типом разъема, используемого с коаксиальными кабелями, является разъем Bayone-Neill-Concelman (BNC) (см. рис. 4). Для разъемов BNC доступны различные типы адаптеров, включая Т-образный разъем, бочкообразный разъем и терминатор. Разъемы на кабеле — самые слабые места в любой сети. Чтобы избежать проблем с вашей сетью, всегда используйте разъемы BNC, которые обжимают, а не накручивают кабель.
Рис. 4. Разъем BNC
Волоконно-оптический кабель
Оптоволоконный кабель состоит из центральной стеклянной сердцевины, окруженной несколькими слоями защитных материалов (см. рис. 5). Он передает свет, а не электронные сигналы, устраняя проблему электрических помех. Это делает его идеальным для определенных сред с большим количеством электрических помех. Он также стал стандартом для соединения сетей между зданиями из-за его невосприимчивости к воздействию влаги и освещения.
Волоконно-оптический кабель способен передавать сигналы на гораздо большие расстояния, чем коаксиальный кабель и витая пара. Он также имеет возможность передавать информацию на гораздо более высоких скоростях. Эта способность расширяет коммуникационные возможности, включая такие услуги, как видеоконференции и интерактивные услуги.Стоимость оптоволоконного кабеля сопоставима с медным кабелем; однако его сложнее установить и изменить. 10BaseF относится к спецификациям оптоволоконного кабеля, передающего сигналы Ethernet.
Центральная жила волоконно-оптических кабелей изготовлена из стеклянных или пластиковых волокон (см. рис. 5). Затем пластиковое покрытие амортизирует центр волокна, а кевларовое волокно помогает укрепить кабели и предотвратить их поломку. Наружная теплоизоляционная оболочка из тефлона или ПВХ.
Рис. 5. Оптоволоконный кабель
Существует два распространенных типа оптоволоконных кабелей: одномодовые и многомодовые. Многомодовый кабель имеет больший диаметр; однако оба кабеля обеспечивают высокую пропускную способность на высоких скоростях. Одиночный режим может обеспечить большее расстояние, но это дороже.
| Спецификация | Тип кабеля | |
|---|---|---|
| 10BaseT | Неэкранированная витая пара | |
| 10Base2 | Тонкий коаксиальный | |
| 10Base5 | Толстый коаксиальный | < /tr>|
| 100BaseT | Неэкранированная витая пара | |
| 100BaseFX | Оптоволокно | |
| 100BaseBX | Одномодовое волокно | |
| 100BaseSX | Многомодовое волокно | |
| 1000BaseT | Неэкранированная витая пара | |
| 1000BaseFX | Оптоволокно | |
| 1000BaseBX | Одномодовое оптоволокно | |
| 1000BaseSX | Многомодовое оптоволокно |
| Стандарт | Максимальная скорость | Типичный диапазон |
|---|---|---|
| 802.11a | 54 Мбит/с | 150 футов |
| 802.11b | 11 Мбит/с | 300 футов< /td> |
| 802.11g | 54 Мбит/с | 300 футов |
| 802.11n< /th> | 100 Мбит/с | 300+ футов |
Безопасность беспроводной сети
Беспроводные сети гораздо более уязвимы для несанкционированного использования, чем кабельные сети. Беспроводные сетевые устройства используют радиоволны для связи друг с другом. Наибольшая уязвимость сети заключается в том, что мошеннические машины могут «заглянуть» в радиосвязь.Передаваемая незашифрованная информация может отслеживаться третьей стороной, которая с помощью нужных инструментов (бесплатно загружаемых) может быстро получить доступ ко всей вашей сети, украсть ценные пароли к локальным серверам и онлайн-сервисам, изменить или уничтожить данные и/или или получить доступ к личной и конфиденциальной информации, хранящейся на ваших сетевых серверах. Чтобы минимизировать возможность этого, все современные точки доступа и устройства имеют параметры конфигурации для шифрования передачи. Эти методологии шифрования все еще развиваются, как и инструменты, используемые злоумышленниками, поэтому всегда используйте самое надежное шифрование, доступное в вашей точке доступа и подключаемых устройствах.
ПРИМЕЧАНИЕ О ШИФРОВАНИИ. На момент написания этой статьи шифрование WEP (Wired Equivalent Privacy) можно было легко взломать с помощью легкодоступных бесплатных инструментов, распространенных в Интернете. WPA и WPA2 (WiFi Protected Access версии 1 и 2) намного лучше защищают информацию, но использование слабых паролей или парольных фраз при включении этих шифров может позволить их легко взломать. Если в вашей сети используется WEP, вы должны быть очень осторожны при использовании конфиденциальных паролей или других данных.
Для защиты сетей от несанкционированного использования беспроводной сети используются три основных метода. Используйте любой из этих методов при настройке точек беспроводного доступа:
Шифрование. Включите самое надежное шифрование, поддерживаемое устройствами, которые вы будете подключать к сети. Используйте надежные пароли (надежные пароли обычно определяются как пароли, содержащие символы, цифры и буквы смешанного регистра, длиной не менее 14 символов). Изоляция. Используйте беспроводной маршрутизатор, который помещает все беспроводные соединения в подсеть, независимую от основной частной сети. Это защищает данные вашей частной сети от сквозного интернет-трафика. Скрытый SSID. Каждая точка доступа имеет идентификатор набора служб (SSID), который по умолчанию передается на клиентские устройства, чтобы можно было найти точку доступа. Отключив эту функцию, стандартное клиентское программное обеспечение для подключения не сможет «увидеть» точку доступа. Тем не менее, рассмотренные ранее программы для наблюдения могут легко найти эти точки доступа, поэтому само по себе это не более чем скрывает имя точки доступа от случайных пользователей беспроводной связи.
Преимущества беспроводных сетей:
- Мобильность. С ноутбука или мобильного устройства доступ может быть доступен в любой точке школы, в торговом центре, в самолете и т. д. Все больше и больше компаний предлагают бесплатный доступ к Wi-Fi ("горячие точки").
- Быстрая настройка. Если на вашем компьютере есть беспроводной адаптер, найти беспроводную сеть можно так же просто, как нажать кнопку "Подключиться к сети". В некоторых случаях вы будете автоматически подключаться к сетям в пределах досягаемости.
- Стоимость. Настройка беспроводной сети может быть гораздо более рентабельной, чем покупка и установка кабелей.
- Расширяемость. Добавить новые компьютеры в беспроводную сеть так же просто, как включить компьютер (при условии, что вы не превысите максимальное количество устройств).
Недостатки беспроводных сетей:
- Безопасность. Будьте осторожны. Будьте бдительны. Защитите свои конфиденциальные данные с помощью резервных копий, изолированных частных сетей, надежного шифрования и паролей, а также отслеживайте входящий и исходящий сетевой трафик вашей беспроводной сети.
- Помехи. Поскольку в беспроводных сетях для передачи используются радиосигналы и аналогичные методы, они чувствительны к помехам от источников света и электронных устройств.
- Непостоянные соединения. Сколько раз вы слышите фразу "Подождите, я только что потерял соединение?" Из-за помех, вызванных электрическими устройствами и/или предметами, блокирующими путь передачи, беспроводное соединение не так стабильно, как через специальный кабель.
- Скорость. Скорость передачи данных в беспроводных сетях повышается; однако более быстрые варианты (например, гигабитный Ethernet) доступны через кабели. Если вы используете беспроводную связь только для доступа в Интернет, фактическое интернет-соединение для вашего дома или школы, как правило, медленнее, чем беспроводные сетевые устройства, поэтому это соединение является узким местом. Если вы также перемещаете большие объемы данных по частной сети, кабельное соединение позволит выполнить эту работу намного быстрее.
4202 E. Fowler Ave., EDU162
Тампа, Флорида 33620
Доктор. Рой Винкельман, директор
Эта публикация была подготовлена в рамках гранта Министерства образования Флориды.
Информация, содержащаяся в этом документе, основана на информации, доступной на момент публикации, и может быть изменена. Несмотря на то, что были предприняты все разумные усилия для включения точной информации, Флоридский центр учебных технологий не дает никаких гарантий в отношении точности, полноты или пригодности информации, представленной здесь, для какой-либо конкретной цели.Ничто в данном документе не может быть истолковано как рекомендация использовать какой-либо продукт или услугу в нарушение существующих патентов или прав третьих лиц.
Как работает Интернет?
С чего начать? Интернет-адреса
Поскольку Интернет представляет собой глобальную сеть компьютеров, каждый компьютер, подключенный к Интернету, должен иметь уникальный адрес. Интернет-адреса имеют вид nnn.nnn.nnn.nnn, где nnn должно быть числом от 0 до 255. Этот адрес известен как IP-адрес. (IP означает Интернет-протокол; подробнее об этом позже.)
На рисунке ниже показаны два компьютера, подключенных к Интернету. ваш компьютер с IP-адресом 1.2.3.4 и другой компьютер с IP-адресом 5.6.7.8. Интернет представлен как абстрактный объект между ними. (По мере продвижения этой статьи Интернет-часть Диаграммы 1 будет объясняться и перерисовываться несколько раз по мере раскрытия деталей Интернета.)
| Диаграмма 1 |
Если вы подключаетесь к Интернету через интернет-службу Провайдер (ISP), вам обычно назначается временный IP-адрес на время вашего сеанса телефонного подключения. Если вы подключаетесь к Интернету из локальной сети (LAN), ваш компьютер может иметь постоянный IP-адрес или может получить временный IP-адрес от сервера DHCP (протокол динамической конфигурации хоста). В любом случае, если вы подключены к Интернету, ваш компьютер имеет уникальный IP-адрес.
Стеки и пакеты протоколов
| Уровень протокола | Комментарии |
|---|---|
| Приложение Уровень протоколов | Протоколы, характерные для таких приложений, как WWW, электронная почта, FTP и т. д. |
| Уровень протокола управления передачей | TCP направляет пакеты определенному приложению на компьютере, используя номер порта. |
| Уровень протокола Интернета | IP направляет пакеты на определенный компьютер, используя IP-адрес . |
| Аппаратный уровень | Преобразует двоичные пакетные данные в сетевые сигналы и обратно. (Например, сетевая карта Ethernet, модем для телефонных линий и т. д. .) |
Если бы мы пошли по пути, то сообщение "Привет, компьютер 5.6.7.8!" брал с нашего компа на комп с IP адресом 5.6.7.8, получилось бы примерно так:
<ПР>Сетевая инфраструктура
Теперь вы знаете, как пакеты передаются с одного компьютера на другой через Интернет. Но что между ними? Из чего на самом деле состоит Интернет? Давайте посмотрим на другую диаграмму:
| Диаграмма 3 |
Здесь мы видим диаграмму 1, перерисованную с большей детализацией. Физическое подключение через телефонную сеть к интернет-провайдеру было несложно догадаться, но помимо этого могло быть какое-то объяснение.
У поставщика услуг Интернета есть пул модемов для своих клиентов с коммутируемым доступом.Это управляется каким-либо компьютером (обычно выделенным), который управляет потоком данных от модемного пула к магистральному или выделенному маршрутизатору. Эту настройку можно назвать сервером портов, поскольку она «обслуживает» доступ к сети. Здесь также обычно собирается информация об оплате и использовании.
После того как ваши пакеты проходят через телефонную сеть и локальное оборудование вашего интернет-провайдера, они перенаправляются на магистральную сеть интернет-провайдера или на магистральную сеть, у которой интернет-провайдер покупает полосу пропускания. Отсюда пакеты обычно проходят через несколько маршрутизаторов и несколько магистралей, выделенных линий и других сетей, пока не найдут пункт назначения — компьютер с адресом 5.6.7.8. Но было бы неплохо, если бы мы знали точный маршрут, по которому наши пакеты проходят через Интернет? Как оказалось, способ есть.
Интернет-инфраструктура
Магистральная сеть Интернета состоит из множества крупных сетей, которые соединяются друг с другом. Эти крупные сети известны как поставщики сетевых услуг или NSP. Одними из крупных NSP являются UUNet, CerfNet, IBM, BBN Planet, SprintNet, PSINet и другие. Эти сети взаимодействуют друг с другом для обмена пакетным трафиком. Каждый NSP должен подключаться к трем точкам доступа к сети или NAP. В точках NAP пакетный трафик может переходить из одной магистрали NSP в магистральную сеть другого NSP. NSP также соединяются на городских биржах или MAE. MAE служат той же цели, что и NAP, но находятся в частной собственности. NAP были первоначальными точками подключения к Интернету. И NAP, и MAE называются точками обмена интернет-трафиком или IX. NSP также продают полосу пропускания более мелким сетям, таким как интернет-провайдеры и более мелкие поставщики полосы пропускания. На рисунке ниже показана эта иерархическая инфраструктура.
| Диаграмма 4 |
Это не точное представление реального фрагмента Интернета. Диаграмма 4 предназначена только для демонстрации того, как поставщики сетевых услуг могут взаимодействовать друг с другом и более мелкими интернет-провайдерами. Ни один из компонентов физической сети не показан на диаграмме 4 так, как на диаграмме 3. Это связано с тем, что магистральная инфраструктура отдельного NSP сама по себе представляет собой сложный рисунок. Большинство поставщиков сетевых услуг публикуют карты своей сетевой инфраструктуры на своих веб-сайтах, и их легко найти. Нарисовать реальную карту Интернета было бы почти невозможно из-за его размера, сложности и постоянно меняющейся структуры.
Иерархия интернет-маршрутизации
Как же пакеты попадают в Интернет? Каждый ли компьютер, подключенный к Интернету, знает, где находятся другие компьютеры? Пакеты просто «рассылаются» на каждый компьютер в Интернете? Ответ на оба предыдущих вопроса — «нет». Ни один компьютер не знает, где находятся другие компьютеры, и пакеты не отправляются каждому компьютеру. Информация, используемая для доставки пакетов к месту назначения, содержится в таблицах маршрутизации, хранящихся на каждом маршрутизаторе, подключенном к Интернету.
Маршрутизаторы — это коммутаторы пакетов. Маршрутизатор обычно подключается между сетями для маршрутизации пакетов между ними. Каждый маршрутизатор знает о своих подсетях и используемых ими IP-адресах. Маршрутизатор обычно не знает, какие IP-адреса находятся «над ним». Изучите диаграмму 5 ниже. Черные ящики, соединяющие магистрали, — это маршрутизаторы. Более крупные магистрали NSP наверху подключаются к NAP. Под ними несколько подсетей, а под ними еще подсетей. Внизу две локальные сети с подключенными компьютерами.
| Диаграмма 5 |
Когда пакет поступает на маршрутизатор, маршрутизатор проверяет IP-адрес, помещенный туда уровнем протокола IP на исходном компьютере. Маршрутизатор проверяет свою таблицу маршрутизации. Если сеть, содержащая IP-адрес, найдена, пакет отправляется в эту сеть. Если сеть, содержащая IP-адрес, не найдена, маршрутизатор отправляет пакет по маршруту по умолчанию, обычно вверх по магистральной иерархии к следующему маршрутизатору. Будем надеяться, что следующий маршрутизатор будет знать, куда отправить пакет. Если это не так, пакет снова направляется вверх, пока не достигнет магистрали NSP. Маршрутизаторы, подключенные к магистралям NSP, содержат самые большие таблицы маршрутизации, и здесь пакет будет перенаправлен на правильную магистраль, где он начнет свое путешествие «вниз» через все более и более мелкие сети, пока не найдет пункт назначения.
Доменные имена и разрешение адресов
Многие компьютеры, подключенные к Интернету, содержат часть базы данных DNS и программное обеспечение, позволяющее другим пользователям получать к ней доступ. Эти компьютеры называются DNS-серверами. Ни один DNS-сервер не содержит всю базу данных; они содержат только его подмножество. Если DNS-сервер не содержит доменного имени, запрошенного другим компьютером, DNS-сервер перенаправляет запрашивающий компьютер на другой DNS-сервер.
| Диаграмма 6 |
Служба доменных имен имеет иерархическую структуру, аналогичную к иерархии IP-маршрутизации. Компьютер, запрашивающий разрешение имени, будет перенаправлен «вверх» по иерархии до тех пор, пока не будет найден DNS-сервер, способный разрешить доменное имя в запросе. На рис. 6 показана часть иерархии. В верхней части дерева находятся корни доменов. Некоторые из старых, более распространенных доменов видны вверху. Что не показано, так это множество DNS-серверов по всему миру, которые формируют остальную часть иерархии.
При настройке подключения к Интернету (например, для локальной сети или удаленного доступа к сети в Windows) в процессе установки обычно указываются один первичный и один или несколько вторичных DNS-серверов. Таким образом, любые интернет-приложения, которым требуется разрешение доменных имен, смогут работать правильно. Например, когда вы вводите веб-адрес в свой веб-браузер, браузер сначала подключается к вашему основному DNS-серверу. После получения IP-адреса для введенного вами доменного имени браузер подключается к целевому компьютеру и запрашивает нужную веб-страницу.
Если вы используете удаленный доступ к сети:
Откройте окно удаленного доступа к сети (которое можно найти в проводнике Windows под дисководом компакт-дисков и над сетевым окружением). Щелкните правой кнопкой мыши свое подключение к Интернету и выберите «Свойства». Внизу окна свойств подключения нажмите Настройки TCP/IP. кнопка.
Если у вас есть постоянное подключение к Интернету:
щелкните правой кнопкой мыши Сетевое окружение и выберите Свойства. Щелкните Свойства TCP/IP. Выберите вкладку Конфигурация DNS вверху.
Теперь вы должны посмотреть на IP-адреса ваших DNS-серверов. Здесь вы можете отключить DNS или установить для своих DNS-серверов значение 0.0.0.0. (Сначала запишите IP-адреса ваших DNS-серверов. Возможно, вам также придется перезагрузить Windows.) Теперь введите адрес в веб-браузере. Браузер не сможет разрешить доменное имя, и вы, вероятно, получите неприятное диалоговое окно, объясняющее, что DNS-сервер не найден. Однако, если вы введете соответствующий IP-адрес вместо имени домена, браузер сможет получить нужную веб-страницу. (Используйте ping для получения IP-адреса перед отключением DNS.) Другие операционные системы Microsoft аналогичны.
Пересмотр интернет-протоколов
Как упоминалось ранее в разделе о стеках протоколов, можно предположить, что в Интернете используется множество протоколов. Это верно; существует множество протоколов связи, необходимых для работы Интернета. К ним относятся протоколы TCP и IP, протоколы маршрутизации, протоколы управления доступом к среде, протоколы прикладного уровня и т. д. В следующих разделах описаны некоторые из наиболее важных и часто используемых протоколов в Интернете. Сначала обсуждаются протоколы более высокого уровня, а затем протоколы более низкого уровня.
Когда вы вводите URL-адрес в веб-браузере, происходит следующее:
Протоколы приложений: SMTP и электронная почта
Когда вы открываете почтовый клиент для чтения электронной почты, обычно происходит следующее:
<ПР>Протокол управления передачей
Под прикладным уровнем в стеке протоколов находится уровень TCP. Когда приложения открывают соединение с другим компьютером в Интернете, отправляемые ими сообщения (используя определенный протокол прикладного уровня) передаются по стеку на уровень TCP. TCP отвечает за маршрутизацию протоколов приложений к правильному приложению на целевом компьютере. Для этого используются номера портов. Порты можно рассматривать как отдельные каналы на каждом компьютере. Например, вы можете просматривать веб-страницы, читая электронную почту. Это связано с тем, что эти два приложения (веб-браузер и почтовый клиент) использовали разные номера портов. Когда пакет поступает на компьютер и продвигается вверх по стеку протоколов, уровень TCP решает, какое приложение получит пакет, основываясь на номере порта.
TCP работает следующим образом:
<УЛ>TCP не является текстовым протоколом. TCP — это ориентированная на соединение, надежная служба потока байтов. Ориентированность на соединение означает, что два приложения, использующие TCP, должны сначала установить соединение перед обменом данными. TCP надежен, потому что для каждого полученного пакета отправителю отправляется подтверждение доставки. TCP также включает в свой заголовок контрольную сумму для проверки полученных данных на наличие ошибок. Заголовок TCP выглядит следующим образом:
| Диаграмма 7 |
Обратите внимание, что здесь нет места для IP-адреса в заголовке TCP. Это потому, что TCP ничего не знает об IP-адресах. Задача TCP заключается в надежной передаче данных уровня приложения от приложения к приложению. Задача передачи данных от компьютера к компьютеру — это работа IP.
Интернет-протокол
В отличие от TCP, IP является ненадежным протоколом без установления соединения. IP не важно, дойдет ли пакет до адресата или нет. IP также не знает о соединениях и номерах портов. Работа IP также заключается в отправке и маршрутизации пакетов на другие компьютеры. IP-пакеты являются независимыми объектами и могут поступать не по порядку или вообще не поступать. Задача TCP состоит в том, чтобы убедиться, что пакеты прибывают и находятся в правильном порядке. Единственное, что у IP общего с TCP, — это то, как он получает данные и добавляет свою собственную информацию заголовка IP к данным TCP. Заголовок IP выглядит следующим образом:
| Диаграмма 8 |
Выше мы видим IP-адреса отправителя и принимающие компьютеры в заголовке IP. Ниже показано, как выглядит пакет после прохождения через прикладной уровень, уровень TCP и уровень IP. Данные прикладного уровня сегментируются на уровне TCP, добавляется заголовок TCP, пакет передается на уровень IP, добавляется заголовок IP, а затем пакет передается через Интернет.
Подведение итогов
Теперь вы знаете, как работает Интернет. Но как долго он будет оставаться таким? Версия IP, используемая в настоящее время в Интернете (версия 4), позволяет использовать только 232 адреса. В конце концов свободных IP-адресов не останется. Удивлен? Не волнуйтесь. IP версии 6 прямо сейчас тестируется на исследовательской базе консорциумом исследовательских институтов и корпораций. И после этого? Кто знает. Интернет прошел долгий путь с момента его создания в качестве исследовательского проекта министерства обороны. Никто на самом деле не знает, чем станет Интернет. Однако одно можно сказать наверняка. Интернет объединит мир, как никакой другой механизм. Информационная эра в самом разгаре, и я рад быть ее частью.
Рус Шулер, 1998 г.
Обновления 2002 г.
Ресурсы
Ниже приведены некоторые интересные ссылки, связанные с некоторыми обсуждаемыми темами. (Надеюсь, они все еще работают. Все открываются в новом окне.)
Библиография
Следующие книги являются отличным источником информации и очень помогли в написании этой статьи. Я считаю, что книга Стивенса является лучшим справочником по TCP/IP и может считаться библией Интернета. Книга Шелдона охватывает гораздо более широкий круг вопросов и содержит огромное количество информации о сетях.
Создание сети — одна из самых важных обязанностей системного администратора, поэтому убедитесь, что у вас есть все необходимое.
Опубликовано: 2 августа 2021 г. | Сет Кенлон (Red Hat)
Один из самых важных доменов системного администратора — это сеть.
Хотя понимание всего, что нужно знать о сети, является большой темой, многое можно узнать из сетевого стека вашего собственного скромного компьютера с Linux.
Изучение основных сетевых команд поможет вам понять, как устройство узнает, к какой сети подключаться, как найти общий принтер или общую папку или самую большую сеть из всех — Интернет.
В этой статье рассматриваются основы управления сетью с использованием открытого исходного кода.
Что такое сеть?
В вычислительной технике сеть — это совокупность двух или более компьютеров, которые могут обмениваться данными.
Чтобы сеть облегчила связь между устройствами, компьютеры в сети должны иметь возможность находить друг друга.
За это отвечают системы TCP и IP.
Протокол управления передачей (TCP)
Для связи требуются средства передачи сообщений между ними, и компьютеры обмениваются данными с помощью цифровых сигналов, передаваемых по кабелям Ethernet, радиоволнам или микроволнам.
Спецификации для этого формально определены как протокол TCP.
Безопасность Linux
Интернет-протокол (IP)
Компьютеры в сети идентифицируют себя и друг друга по IP-адресам, например 10.0.0.1 или 192.168.0.8.
Они также обычно сопоставляются с именами хостов, такими как ноутбук и рабочий стол, даркстар, пингвин или любое другое имя, которое вы даете каждой машине.
Спецификации для этого формально определены как IP-протокол.
Самая простая из возможных сетей — это сеть с одним узлом.
Может показаться, что это мошенничество, но на самом деле это действующая сеть в том смысле, что компьютер должен знать, как обращаться к самому себе.
Каждый компьютер считает себя узлом localhost с внутренним IP-адресом 127.0.0.1.
Вы можете проверить это с помощью команды ping:
Обозначение локального хоста определяется в файле /etc/hosts:
Наличие внутреннего IP-адреса важно, поскольку важные службы, такие как сервер печати CUPS и система управления сервером Cockpit, предоставляют интерфейсы через соединения TCP/IP. Чтобы получить к ним доступ с компьютера, на котором они работают, вы можете использовать localhost плюс номер порта (например, localhost:631 или 127.0.0.1:631 ) в веб-браузере.
Создание базовой сети
Хотя сеть с одним узлом полезна для некоторых задач, сеть обычно относится к нескольким компьютерам.
Linux и стек TCP/IP проделывают большую работу по упрощению работы в сети, но когда автоматические настройки недостаточны для обеспечения необходимых вашей организации настроек, вы как системный администратор должны понять, как создать конфигурации сети.
Для начала начните с простого и попробуйте создать сеть из двух компьютеров.
Чтобы отказаться от автоматических настроек и привыкнуть к самостоятельному построению сети, попробуйте использовать специально подключенный кабель Ethernet, называемый перекрестным кабелем.
Перекрестный кабель соединяет сигналы передачи, поступающие с одного компьютера, с соответствующими приемниками на другом компьютере.
При отсутствии маршрутизатора между компьютерами все управление сетью должно выполняться вручную на каждой машине, что делает это упражнение хорошим вводным упражнением по основам работы с сетью.
Используя перекрестный кабель для соединения двух компьютеров вместе, вы избавляетесь от внешнего сетевого контроллера, который предлагает руководство, поэтому ни один компьютер не выполняет никаких действий для создания сети или присоединения к ней.
В этой простой настройке вы являетесь высшим сетевым авторитетом.
Чтобы создать сеть, сначала необходимо назначить IP-адрес каждому компьютеру.
Блок, зарезервированный для самоназначаемых IP-адресов: 169.254.x.x.
Просмотр сетевых интерфейсов в Linux
Чтобы создать сеть, вам нужны сетевые интерфейсы.
Порт Ethernet обычно обозначается термином eth плюс число, начинающееся с 0 , но некоторые устройства обозначаются другими терминами.
Вы можете обнаружить интерфейсы на компьютере с помощью команды ip:
В этом случае eth0 оказывается правильным именем интерфейса.
Однако в некоторых случаях вы увидите en0 или enp0s1 или подобное, поэтому важно всегда проверять имя устройства перед его использованием.
Дополнительные ресурсы по Linux
Назначение статического IP-адреса в Linux
Обычно IP-адрес назначается динамически с выделенного DHCP-сервера или маршрутизатора со встроенным DHCP-сервером.
Задачей DHCP-сервера является широковещательная рассылка предложений адресов по сети.
Когда компьютер подключается к сети, он запрашивает адрес.
DHCP-сервер назначает ему один и регистрирует, какому устройству в сети, идентифицированному его адресом управления доступом к среде (MAC), был присвоен какой адрес.
Вот как компьютеры узнают, как находить друг друга в сети.
Однако в случае с этой простой сетью DHCP-сервер не выдает IP-адреса и не регистрирует устройства, поэтому вы должны создать IP-адрес самостоятельно.
Чтобы назначить IP-адрес компьютеру, используйте команду ip:
И снова на другом компьютере, на этот раз с увеличением IP-адреса на 1:
Теперь у каждого компьютера есть транспортное средство (перекрестный кабель) и способ найти его в сети (уникальный IP-адрес).
Проблема в том, что ни один из компьютеров не знает, что он является членом сети.
Настройка сетевого маршрута в Linux
Обычно внешний маршрутизатор определяет пути, по которым должен идти сетевой трафик, чтобы попасть из точки А в точку Б.
Это называется таблица маршрутизации и по сути представляет собой "карту города" для вашей сети.
Для созданной вами простой сети еще не существует таблицы маршрутизации.
Вы можете проверить это с помощью команды route на одном или обоих компьютерах:
В качестве альтернативы вы можете использовать команду ip:
В любом случае значимых результатов нет, поскольку маршрут в настоящее время не определен.
Но вы можете добавить маршрут с помощью команды ip:
Эта команда добавляет маршрут к диапазону адресов, начиная с 169.254.0.0 и заканчивая 169.254.0.255, через интерфейс eth0.
Он устанавливает статический протокол маршрутизации, чтобы указать, что маршрут был создан вами, администратором, в качестве преднамеренного переопределения любой динамической маршрутизации.
Проверьте таблицу маршрутизации с помощью команды route:
Или используйте команду ip для другого представления:
Отправить запрос соседу
Теперь в вашей сети есть:
- Транспортное средство
- Способ обращения
- Сетевой маршрут
При наличии этих компонентов каждый компьютер может подключаться к хостам, выходящим за пределы только localhost .
Проверьте это с помощью ping .
Например, с компьютера присвоен адрес 169.254.0.1:
Вы также можете просмотреть соседей, с которыми вы взаимодействовали:
Сетевой коммутатор
Хотя он отлично подходит для удивительно быстрой передачи файлов, в проводных сетях с двумя узлами не так много других потребностей.
Именно здесь на помощь приходит такое аппаратное обеспечение, как сетевой коммутатор.
Коммутатор позволяет подключить к нему несколько кабелей Ethernet и распределяет сообщения с компьютера, отправляя их по назначению, определяемому его IP-адресом.
Во многих современных сетях общего назначения физический коммутатор для физических кабелей нецелесообразен или нежелателен, поэтому вместо него используется точка доступа Wi-Fi, но применяются те же принципы.
В облаке
На практике к локальным сетям подключается множество устройств, и их число растет по мере того, как все больше устройств подключаются к сети.
Когда вы подключаете сеть к Интернету (сеть взаимосвязанных сетей), это число увеличивается на несколько порядков.
Нецелесообразно настраивать сеть вручную. Таким образом, повседневные задачи назначаются определенным узлам в сети, и каждый компьютер запускает демон для заполнения сетевых параметров, полученных от авторитетных серверов в сети.
Каждая задача обычно назначается отдельному выделенному серверу в большой сети, чтобы обеспечить целенаправленность и отказоустойчивость.
Эти задачи включают:
Благодаря проектам с открытым исходным кодом, таким как VyOS, вы даже можете запустить свой собственный маршрутизатор с открытым исходным кодом, созданный на обычном оборудовании.
Чем больше сетевых схем вы реализуете в своей лаборатории, тем лучше вы понимаете все проблемы, которые могут возникнуть в реальном мире.
Иногда проблемы связаны с отдельными компьютерами и устройствами; иногда это аппаратное обеспечение и инфраструктура, а иногда это неоптимальный дизайн.
Попрактикуйтесь в настройке различных топографий сети, используя виртуальные машины или реальное оборудование (или и то, и другое), и познакомьтесь с профессиональными инструментами с открытым исходным кодом.
Сети – обширная тема, но сети есть везде.
Инвестируйте в изучение этого сейчас, и оно рано или поздно окупится, так или иначе.
Читайте также:
- Сколько времени заряжается джойстик PS3
- Что самое важное в компьютере
- Как подключить xbox 360 к Интернету
- Как напрямую подключить Synology к компьютеру
- Как называется выделенный компьютер для централизованного управления сетью