Вверх и вниз по стеку протоколов

Большинство протоколов следует правилам, установленным моделью OSI. Набор протоколов (Protocol suite), называемый также стеком (stack), представляет собой сочетание протоколов, которые совместно работают для обеспечения сетевого взаимодействия. Эти наборы протоколов обычно разбиваются на три группы, соответствующие модели OSI: сетевые, транспортные и прикладные. Поскольку каждый уровень осуществляет специфические функции и имеет собственные правила, стек протоколов часто содержит различные протоколы для каждого из этих уровней.

Сетевые протоколы

Сетевые протоколы предоставляют следующие услуги: адресацию и маршрутизацию информации, проверку на наличие ошибок, запрос повторной передачи и установление правил взаимодействия в конкретной сетевой среде. Эти услуги называются также услугами связи (link services). Вот некоторые популярные трансфертные протоколы:

DDP (Delivery Datagram Protocol — Протокол доставки дейтаграмм). Протокол передачи данных Apple, используемый в Apple-Talk.

IP (Internet Protocol — Протокол Internet). Часть набора протоколов TCP/IP, обеспечивающая адресную информацию и информацию о маршрутизации.

IPX (Internetwork Packet eXchange — Межсетевой обмен пакетами) и NWLink. Протокол Novell NetWare (и реализация этого протокола фирмой Microsoft, соответственно), используемый для маршрутизации и направления пакетов.

NetBEUI. Разработанный совместно IBM и Microsoft, этот протокол обеспечивает транспортные услуги для NetBIOS.

Транспортные протоколы

Наборы протоколов также содержат транспортные протоколы, ответственные за обеспечение надежной транспортировки данных между компьютерами. Вот некоторые популярные транспортные протоколы:

ATP (AppleTalk Transaction Protocol — Транзакционный протокол AppleTalk) и NBP (Name Binding Protocol — Протокол связывания имен). Сеансовый и транспортный протоколы AppleTalk.

NetBIOS/NetBEUI. NetBIOS устанавливает соединение между компьютерами, a NetBEUI предоставляет услуги передачи данных для этого соединения.

SPX (Sequenced Packet eXchange — Последовательный обмен пакетами) и NWLink. Ориентированный на соединения протокол Novell, используемый для обеспечения доставки данных (и реализация этого протокола фирмой Microsoft).

TCP (Transmission Control Protocol — протокол управления передачей). Часть набора протоколов TCP/IP, отвечающая за надежную доставку данных.

Прикладные протоколы

Наконец, существуют прикладные протоколы, ответственные за взаимодействия приложений. Вот некоторые популярные прикладные протоколы:,

AFP (AppleTalk File Protocol — Файловый протокол AppleTalk). Протокол удаленного управления файлами Macintosh.

FTP (File Transfer Protocol — Протокол передачи файлов). Еще один член набора протоколов TCP/IP, используемый для обеспечения услуг по передаче файлов.

NCP (NetWare Core Protocol — Базовый протокол NetWare). Оболочка и редиректоры клиента Novell.

SMTP (Simple Mail Transport Protocol — Простой протокол передачи почты). Член набора протоколов TCP/IP, отвечающий за передачу электронной почты.

SNMP (Simple Network Management Protocol — Простой протокол управления сетью). Протокол TCP/IP, используемый для управления и наблюдения за сетевыми устройствами.

Теперь мы более подробно рассмотрим сами протоколы.

Протоколы

Как уже упоминалось, компьютеры должны согласовать используемые протоколы, чтобы произошел успешный обмен данными. Следующие разделы предоставляют детальную информацию о наиболее распространенных сегодня протоколах.

NetBEUI

NetBEUI представляет собой простой транспортный протокол сетевого уровня, разработанный для поддержки протокола NetBIOS. Подо6но NetBIOS NetBEUI является немаршрутизируемым протоколом, так что он фактически не применяется в сетях масштаба предприятия. NetBEUI является самым быстрым транспортным протоколом доступным в Windows NT. Он очень хорош для быстрой передачи данных, но неприменим в маршрутизируемых сетях. Преимущества NetBEUI включают в себя скорость, хорошую защиту от ошибок, легкость реализации и малый расход памяти. Некоторые недостатки: немаршрутизируем, слабо поддерживается некоторыми аппаратными платформами, и для него доступно достаточно мало служебных инструментов.

TCP/IP

TCP/IP на сегодняшний день является наиболее распространенны набором протоколов в сетевых технологиях. Это произошло, в частности, благодаря колоссальному росту Интернета. TCP/IP способе» работать на больших расстояниях и очень гибок. Кроме того, он пре доставляет кроссплатформенную поддержку, возможности маршрутизации, так же как и поддержку SNMP (Simple Network Managemen Protocol — Простой протокол управления сетью), DHCP (Dynami» Host Configuration Protocol — Протокол динамической конфигурации узла), WINS (Windows Internet Name Service — Служба имен Windows в Интернет-протоколах), DNS (Domain Name Service — Служба формирования имен узлов), и может быть основой для других используемых протоколов. Однако богатый набор возможностей протоколов TCP/IP достигнут за счет дополнительных накладных расходов, которые могут сделать затруднительным его использование в некоторых сетях или приложениях.

AppleTalk

Протокол AppleTalk используется для взаимодействия с компьютерами Macintosh. Используя AppleTalk, вы позволяете клиентам Macintosh сохранять файлы и получать доступ к файлам на сервере Windows NT, печатать на принтерах NT, и наоборот. Обратите внимание: вы должны установить.NT Services for Macintosh, прежде чем устанавливать AppleTalk. Кроме того, поддержка файлов Macintosh доступна только на разделах NTFS.

АРРС

Протокол АРРС (Advanced Program-to-Program Communication — Усовершенствованное межпрограммное взаимодействие), разработанный IBM, представляет собой одноранговый протокол, используемый в архитектуре IBM SNA (System Network Architecture — системная сетевая архитектура) для использования на компьютерах серии AS/4001.

Х.25

Х.25 представляет собой набор глобальных протоколов, используемых в сетях с коммутацией пакетов. Он был разработан для соединения удаленных терминалов с головными компьютерами. В США доступно много других типов глобальных коммуникаций, и протокол Х.25 чаще встречается в Европе.

HDLC

HDLC (High-level Data Link Control — Высокоуровневое управление связью данных) представляет собой гибкий протокол связи данных битового уровня, основанный на протоколе SDLC (Synchronous Data Link Control — синхронное управление связью данных) фирмы IBM. Он был стандартизован ISO. HDLC может поддерживать полудуплексную или полнодуплексную передачу, сети с переключением каналов или сети с переключением пакетов, одноранговые сети или сети с выделенным сервером, кабельные и беспроводные носители.

XNS

Протокол XNS (Xerox Network System — Сетевая система Xerox) был создан фирмой Xerox для использования в сетях Ethernet. XNS является основой для протокола IPX/SPX фирмы Novell, но его редко можно найти в чистом виде в сегодняшних сетях.

Кабели и интерфейсы

На самом нижнем уровне любых сетевых коммуникаций находится носитель, по которому передаются данные. В отношении передачи данных термин media (носитель, среда передачи данных) может включать в себя как кабельные, так и беспроводные технологии. Хотя физические кабели являются наиболее распространенными носителями для сетевых коммуникаций, беспроводные технологии становятся все популярнее благодаря их способности связывать глобальные сети. Тип носителя, который вы используете в вашей сети, является ключевым фактором. Носители отличаются в нескольких отношениях, включающих скорость передачи данных, легкость установки и стоимость. Эти и другие факторы надо тщательно учитывать при планировании сети.

Типы кабелей

Существует несколько различных типов кабелей, используемых в современных сетях. Линейные размеры, цена, скорость передачи данных, минимальная и максимальная длина, а также легкость установки у всех этих типов отличаются. Различные сетевые ситуации и требования могут потребовать различных типов кабелей. Этот раздел описывает использование и ограничения для каждого типа кабелей, которые вы можете встретить на экзамене Networking Essentials.

Кабель типа «витая пара»

Кабель типа «витая пара» (twisted pair) представляет собой сетевой носитель, используемый во многих сетевых топологиях, включая Ethernet, ARCNet и IBM Token Ring. Витая пара бывает двух типов: экранированная и неэкранированная.

Будучи, вероятно, самым распространенным типом сетевого кабеля в США, витая пара первоначально была разработана для использования в телефонных линиях. Примером может послужить кабель, используемый для соединения телефона со стенной розеткой, — С ATI, неэкранированная витая пара с двумя парами проводов, также известная в США как «silver satin». Это один из типов кабеля «витая пара», обычно состоящий из двух пар изолированных медных проводов, завитых вокруг друг друга и покрытых пластиковой оболочкой. Закручивание проводов вокруг друг друга обеспечивает защиту от взаимных наводок (мы вкратце расскажем об этом) и других типов внешнего воздействия.

Неэкранированная витая пара

Ассоциацией электронной промышленности и телекоммуникационной промышленности (The Electronic Industries Association and the Telecommunications Industries Association) — EIA/TIA — был создан стандарт EIA/TIA 568 Commercial Building Wiring Standard (Стандарт проводки в коммерческих зданиях), который определил категории кабелей типа «неэкранированная витая пара» (Unshielded Twisted Pair, UTP). Имеется пять категорий неэкранированной витой пары. Они нумеруются по порядку возрастания качества, от С ATI до САТ5. Кабели более высокой категории обычно содержат больше пар проводов, и эти провода имеют больше витков на единицу длины. Телефонный кабель С ATI, который мы уже упоминали, будучи вполне подходящим для передачи голоса, не поддерживает цифровой передачи данных и поэтому не может использоваться для этой цели. Кабель САТ2 представляет собой редко используемый старый тип неэкранированной витой пары. Он поддерживает скорость передачи данных до 4 Мбит/с. Неэкранированная витая пара САТЗ, имеющая скорость передачи данных до 10 Мбит/с, фактически является минимальным уровнем неэкранированной витой пары, требуемым для сегодняшних цифровых сетей. Фактически САТЗ является низшей категорией неэкранированной витой пары, отвечающей описанным в следующей главе стандартам IEEE 802.3 для сетей lOBaseT Ethernet. САТ4 представляет собой промежуточную спецификацию кабеля «неэкранированная витая пара», которая поддерживает скорость передачи данных до 16 Мбит/с. При установке новых сетей неэкранированная витая пара от САТ2 до САТ4 обычно отвергается в пользу более нового типа неэкранированной витой пары САТ5, которая поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с. Кабели неэкранированной витой пары соединяют сетевую карту каждого компьютера с сетевой панелью, которая в свою очередь соединена с сетевым концентратором при помощи соединителей RJ-45 для каждой точки соединения. Соединитель RJ-45 представляет собой 8-проводной (четыре пары) соединитель устройств. Он немного больше, чем соединитель RJ-11, используемый для подключения телефона или модема к настенной розетке, хотя и похож на него.

Примером такой конфигурации является стандарт на сеть Ethernet lOBaseT, который характеризуется кабелем «неэкранированная витая пара» (от САТЗ до САТ5) и использованием соединителя RJ-45. Кабель «экранированная витая пара» (Shielded Twisted Pair) также может быть использован, хотя это не так широко принято. Этот тип кабеля поддерживает скорость передачи данных от 10 Мбит/с до 100 Мбит/с и может передавать данные на расстояние до 100 метров без повторителя. Сети lOBaseT являются популярным универсальным выбором, поскольку они поддерживаются на большинстве платформ, используют недорогие носители, а разрешение проблем в нем легче, чем в других типах сетей. Во многих случаях также возможно проложить неэкранированную витую пару по уже существующим коробам для телефонных проводов, что еще более упрощает установку сети. Несмотря на свою дешевизну и легкость в установке, кабели «неэкранированная витая пара» не лишены своих недостатков, а именно: чувствительности к помехам со стороны внешних электромагнитных источников и взаимное наложение сигналов между смежными проводами (crosstalk). В некоторой степени конструкция кабеля — закручивание проводов вокруг друг друга — в значительной степени устраняет естественное наложение сигнала и взаимовлияние, существующее между проводами. Хоть электромагнитная интерференция (electromagnetic interference) и взаимовлияние (crosstalk) существуют и в других типах носителя, неэкранированная витая пара особенно восприимчива к ним, поскольку в ней отсутствует экранирование, имеющееся в остальных типах кабелей. Это отсутствие экранирования также делает неэкранированную витую пару потенциально уязвимой для перехвата информации — момент, на который вам нужно обратить особое внимание, если безопасность данных имеет большое значение для будущей сети.

Неэкранированная витая пара также приводит к большему затуханию или ослаблению сигнала по пути, чем другие типы кабеля. Это означает, что кабельные сегменты, использующие неэкранированную витую пару, имеют серьезные ограничения по расстоянию: длина сегмента не может превышать 100 метров. Ограничение на длину кабеля существует потому, что сигнал ослабевает по пути и частично поглощается носителем, по которому перемещается. Это затухание делает сигнал нечитаемым после указанного расстояния, если не используется повторитель (устройство, которое очищает и заново передает сигнал).

Экранированная витая пара

Экранированная витая пара (Shielded Twisted Pair, STP) традиционно используется в нескольких типах сетей, включая AppleTalk и Token Ring. Экранированная витая пара, имеющая сходную внутреннюю конструкцию, подчиняется тому же 100-метровому ограничению, что и неэкранированная пара. Экранированная витая пара обычно содержит в середине четыре или более пары скрученных медных проводов. Экранированная витая пара отличается от неэкранированной витой пары тем, что она содержит защиту — электрически заземленную плетеную медную сетку или алюминиевую фольгу, которая окружает внутренние провода кабеля, отделяя их от внешней оболочки кабеля и обеспечивая противодействие внешней электромагнитной интерференции (Electromagnetic Interference, EMI). Некоторые типы экранированной витой пары также используют внутреннюю защиту вокруг каждой витой пары, чтобы держать каждую пару отдельно от других, что еще больше уменьшает взаимное влияние пар друг на друга. Кроме того, экранированную витую пару можно считать более защищенной, чем неэкранированную витую пару, поскольку ее защита делает такой кабель менее уязвимым к перехвату информации. Скорость передачи данных и ограничения по расстоянию для экранированной витой пары идентичны тем же параметрам неэкранированной витой пары. Хотя экранированная витая пара обеспечивает лучшую защиту от электромагнитной интерференции (EMI), чем неэкранированная витая пара, она редко используется в новых сетевых проектах, поскольку сложнее в установке и поддержке. Одна из причин этого в том, что защита делает кабель менее гибким, другая — в том, что экранированная витая пара требует электрического заземления.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель был первым типом кабеля, использованным для соединения компьютеров в сеть, и он помог сформировать основу оригинального стандарта Ethernet. Этот тип кабеля состоит из центрального медного проводника, более толстого, чем провода в кабеле «витая пара», что позволяет достигать как большей скорости передачи, так и больших расстояний соединения. Центральный проводник покрыт слоем пенистого пластикового изолирующего материала, который, в свою очередь, окружен вторым проводником, обычно плетеной медной сеткой или алюминиевой фольгой. Этот внешний проводник не используется для передачи данных и лишь обеспечивает электрическое заземление и защищает центральный проводник от внутренней и внешней интерференции.

Несмотря на то что коаксиальный кабель не так широко используется во вновь устанавливаемых сетях, как неэкранированная витая пара, он по-прежнему остается основным в уже установленных сетях. Он также является тем типом кабеля, который используется для кабельного телевидения. Коаксиальный кабель может передавать данные со скоростью до 10 Мбит/с на максимальное расстояние от 185 до 500 метров. Производители коаксиального кабеля создали спецификации, которые делят коаксиальный кабель на категории (табл. 4.1) в зависимости от таких характеристик, как волновое сопротивление (impedance) и толщина кабеля. Схемы на основе коаксиального кабелх обычно требуют заглушек (terminator), сопротивление которых должно точно соответствовать типу кабеля. Двумя основными типами коаксиального кабеля, используемыми в локальных сетях, являются «Толстый Ethernet» (Thick Ethernet, Thicknet) и «Тонкий Ethernet» (Thin Ethernet, Thinnet). В коаксиальных конфигурациях Thicknet и Thinnet часто сочетаются внутри одной и той же сети, при этом Thicknet используется на магистральных ветвях, a Thinnet — для боковых сегментов.

Thinnet

Кабель Thinnet, также известный как кабель RG-58, является наиболее широко используемым коаксиальным носителем в компьютерных сетях. Уступая по популярности только неэкранированной витой паре, он является наиболее гибким из всех типов коаксиальных кабелей и имеет толщину приблизительно 6 миллиметров. Он может использоваться для соединения каждого компьютера с другими компьютерами в локальной сети с помощью Т-коннектора British Naval Connector (Британский морской соединитель) — BNC и 50-омных заглушек (terminator). Поскольку конфигурации Thinnet не требуют дополнительного оборудования или внешних трансиверов и могут быть использованы без концентраторов, кабельные схемы Thinnet являются простым и относительно недорогим способом быстрого построения небольшой сети.

Согласно спецификациям IEEE для сетей 10Base2 Ethernet, Т-кон-некторы BNC и цилиндрические (barrel) соединители BNC используйся для соединения кабельных сегментов RG-58 A/U или RG-58 C/U друг с другом. Они также присоединяют сетевой кабель к трансиверу на Сетевой карте каждого компьютера. Цилиндрический соединитель BNb схож с Т-коннектором, за исключением того, что у цилиндра нет нижней части «Т». Заглушка (terminator) представляет собой резистор, предотвращающий отражение сигнала. Они должны быть установлены на обоих концах каждого сегмента. Эта конфигурация поддерживает передачу данных со скоростью до 10 Мбит/с при максимальной длине кабеля 185 метров между повторителями. Большее расстояние передачи Thinnet, вкупе с его защитой (которая обеспечивает большую безопасность, чем витая пара) делает его хорошим выбором в тех случаях, когда эти качества являются критичными. Однако из-за его меньшей гибкости с ним труднее работать. Это также не лучший выбор в ситуациях, когда сетевой кабель должен быть установлен в существующих коробах для телефонных проводов. В таких ситуациях предпочтительна неэкранированная витая пара.

Thicknet

Thicknet, который был использован для исходной спецификации Ethernet, является более толстым и дорогим кабелем, чем Thinnet. По конструкции он сходен с Thinnet, но менее гибок. Кабель Thicknet используется как основа для сетей Standard Ethernet (10Base5). Спецификация IEEE Thick Ethernet для сетей lOBaseS использует кабель либо RG-8, либо RG-11 (приблизительно 12 миллиметров в диаметре) в виде линейной шины. Разница с Thinnet заключается в том, что Thicknet использует внешние трансиверы AUI (Attachment unit interface — интерфейс присоединяемых устройств), присоединенные к каждой сетевой карте посредством «вампира», или ответвления, которое пронизывает оболочку кабеля для получения доступа к проводу. Каждый AUI соединен с совместимым соединителем AUI (называемым DB15) на сетевой карте станции. Кабель Thicknet имеет толстый центральный проводник, который обеспечивает надежную передачу на расстояние до 500 метров на сегмент кабеля — значительное преимущество по сравнению с Thinnet. По этой причине он часто используется для создания магистралей, объединяющих сети Thinnet. Носитель Thicknet может передавать данные со скоростью до 10 Мбит/с.

Несмотря на то что толщина кабеля Thicknet обеспечивает большие расстояния передачи, лучшую безопасность и подавление интерференции, жесткость и громоздкость делают его достаточно сложным для установки. Он также дорог. По этим причинам сети Thicknet сегодня редки; Thicknet не является хорошим выбором для вновь устанавливаемых сетей, если вы можете использовать другое решение.

ARCNet

Сети ARCNet с посылкой маркеров обычно используют коаксиальный кабель RG-62 A/U. Кабель RG-62 не используется для сетей Ethernet. Кабель ARCNet сходен с кабелем для кабельного телевидения и одно время был популярен в сетях. Сегодня поддержка для сетей ARCNet минимальна.

Огнестойкие кабели

Специальным типом огнестойкого кабеля является plenum cable. Английский термин plenum обозначает пространство в зданиях между подвесным потолком и настоящим потолком. Это пространство обычно используется для прокладки телефонных и сетевых проводов. Пожарные правила требуют, чтобы кабели, устанавливаемые в этом пространстве, были огнестойкими и имели оболочку, не выделяющую ядовитых газов в случае возгорания.

Оптоволоконный кабель

Находясь на переднем крае сетевой кабельной технологии, оптоволоконные кабели (fiber optic cable) обеспечивают превосходную скорость передачи данных на большие расстояния. Они также невосприимчивы к интерференции и подслушиванию. Оптоволоконный кабель состоит из центрального стеклянного или пластикового проводника, окруженного другим слоем стеклянного или пластикового покрытия, и внешней защитной оболочки. Данные передаются по кабелю с помощью лазерного (laser transmitter) или светодиодного (LED, light-emitting diode transmitter) передатчика, который посылает однонаправленные световые импульсы через центральное стеклянное волокно. Стеклянное покрытие помогает поддерживать фокусировку света во внутреннем проводнике. Сигнал принимается на другом конце фото-Диодным приемником (photodiode receiver), преобразующим световые импульсы в электрический сигнал, который сможет использовать Получающий компьютер.

Скорость передачи данных для оптоволоконных сетей находится в диапазоне от 100 Мбит/с до 2 Гбит/с, а данные могут быть надежно переданы на расстояние до 2 километров без повторителя. Оптоволоконный кабель может поддерживать передачу видео и голосовой информации так же, как и передачу данных. Поскольку световые импульсы полностью закрыты в пределах внешней оболочки, оптоволоконный носитель фактически невосприимчив к внешней интерференции и подслушиванию. Эти качества делают оптоволоконный кабель привлекательным выбором для защищенных сетей или сетей, которые требуют очень быстрой передачи на большие расстояния.

Поскольку световые импульсы могут двигаться только в одном направлении, системы на базе оптоволоконных кабелей должны иметь входящий кабель и исходящий кабель для каждого сегмента, который будет посылать и получать данные. Волоконный кабель также жесток и сложен в установке, что делает его самым дорогим типом сетевого носителя. Вам, вероятно, стоит сначала рассмотреть альтернативные типы кабеля, подходящие в данной ситуации. Волоконный носитель требует специальных коннекторов и высококвалифицированной установки. Эти факторы в дальнейшем приведут к высокой стоимости внедрения. Одним способом снижения расходов является ограничение использования волоконного кабеля сетевыми магистралями или теми областями, где имеют значение влияние электромагнитного наложения (EMI), возгораемость или другие вопросы окружения. Вам надо тщательно проанализировать соотношение стоимостных факторов с другими требованиями, прежде чем принимать решение об использовании оптоволоконного кабеля для сетевой установки.

Беспроводные технологии

В дополнение к традиционным физическим носителям, методы беспроводной передачи данных могут являться удобной, а иногда и неизбежной альтернативой кабельным соединениям. Беспроводные технологии различаются по типам сигнала, частоте (большая частота означает большую скорость передачи) и расстоянию передачи. Помехи и стоимость имеют большое значение. По причине роста количества глобальных сетей и потребности в мобильных компьютерных решениях беспроводные технологии включают в себя наиболее быстрорастущий сегмент сетевых технологий. Тремя главными типами беспроводной передачи данных являются радиосвязь, связь в микроволновом диапазоне и инфракрасная связь.

Радиосвязь

Технологии радиосвязи (Radio Waves) пересылают данные на радиочастотах и практически не имеют ограничений по дальности. Она используется для соединения локальных сетей на больших географических расстояниях. Радиопередача в целом имеет высокую стоимость, подлежит государственному регулированию и крайне чувствительна к электронному и атмосферному наложению. Она также подвержена перехвату, поэтому требует шифрования или другой модификации при передаче, чтобы обеспечить разумный уровень безопасности.