Топология сетей – линейная, звезда, дерево, кольцо (в Т. Ч. Многомерное), особенности работы, преимущества и недостатки каждой технологии.

Термин "топология сети" относится к пути, по которому данные перемещаются по сети. Существуют три основных вида топологий: "общая шина", "звезда" и "кольцо". Топология "общая шина" предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети, кабель используется совместно всеми станциями по очереди. Принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать и принимать данные. Надежность здесь выше, так как выход из строя отдельных компьютеров не нарушит работоспособности сети в целом. Поиск неисправностей в кабеле затруднен. Кроме того, так как используется только один кабель, в случае обрыва нарушается работа всей сети.

В случае соединения звездой каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству. При необходимости можно объединять вместе несколько сетей с топологией "звезда", при этом получаются разветвленные конфигурации сети. С точки зрения надежности эта топология не является наилучшим решением, так как выход из строя центрального узла приведет к остановке всей сети. Однако при использовании топологии "звезда" легче найти неисправность в кабельной сети.

В случае исспользования топологии "кольцо" данные передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Если компьютер получит данные, предназначенные для другого компьютера, он передает их дальше по кольцу. Если данные предназначены для получившего их компьютера, они дальше не передаются. В отличае от других топологий кольцо исспользует маркерный метод посылки данных: сетевой модуль генерирует маркерный сигнал со списком адресатов и передает его следующей системе, которая приняв сигнал, не анализирует его, а просто передает дальше (это так называемый нулевой цикл), только затем пакет данных, передаваемый отправителем адресату начинает следовать по пути, проложенному маркером до тех пор, пока не доберётся до получателя. Кольцевая топология обычно является самой стойкой к перегрузкам, она обеспечивает уверенную работу с самыми большими потоками переданной по сети информации, потому что в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды). Достоинства - простота установки и отсутствие дополнительного оборудования, а также возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий. Недостатки: выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети; сложность настройки и поиска неисправностей.

Двойное (многомерное) кольцо — это сеть построенная на двух и более оптических кольцах, соединяющих компьютеры с двумя (и более) сетевыми картами кольцевой топологией. Для повышения отказоустойчивости, сеть строится на волоконно-оптических кольцах образующих основной и резервный путь для передачи данных. Например: в двойном кольце первое кольцо используется для передачи данных, а второе не используется. При выходе из строя 1-го кольца оно объединяется со 2-м и сеть продолжает функционировать. Данные при этом по первому кольцу передаются в одном направлении, а по второму в обратном.

Локальная сеть может использовать одну из перечисленных топологий. Это зависит от количества объединяемых компьютеров, их взаимного расположения и других условий. Можно также объединить несколько локальных сетей, выполненных с использованием разных топологий, в единую локальную сеть (древовидная топология). Дерево с активными узлами – это экономичное с точки зрения использования волокна решение. Это решение хорошо вписывается в рамки стандарта Ethernet с иерархией по скоростям от центрального узла к абонентам 1000/100/10 Мбит/с. Однако в каждом узле дерева обязательно должно находиться активное устройство (применительно к IP-сетям, коммутатор или маршрутизатор).

Шинная (линейная) топология Топология типа «Звезда» Кольцевая топология

4. Сетевое оборудование – концентратор (hub), коммутатор (switch), маршрутизатор, повторители. Программная маршрутизация и назначение шлюза, порты.

Сетевой концентратор или Хаб - сетевое устройство, предназначенное для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент сети. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна. Концентратор работает на физическом уровне сетевой модели OSI, повторяет приходящий на один порт сигнал на все активные порты. В случае поступления сигнала на два и более порта одновременно возникает коллизия, и передаваемые кадры данных теряются.

Сетевой коммутатор или свитч - устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались. Маршрутизатор или роутер - сетевое устройство, на основании информации о топологии сети и определённых правил, принимающее решения о пересылке пакетов сетевого уровня (уровень 3 модели OSI) между различными сегментами сети. Работает на более высоком уровне, нежели коммутатор и сетевой мост.

Повторитель - сетевое оборудование предназначенное для увеличения расстояния сетевого соединения путём повторения электрического сигнала «один в один». Бывают однопортовые повторители и многопортовые. В терминах модели OSI работает на физическом уровне.

Программная маршрутизация выполняется либо специализированным ПО маршрутизаторов (в случае, когда аппаратные методы не могут быть использованы, например, в случае организации туннелей), либо программным обеспечением на компьютере. В общем случае, любой компьютер осуществляет маршрутизацию своих собственных исходящих пакетов. Для маршрутизации чужих IP-пакетов, а также построения таблиц маршрутизации используется различное ПО.

Сетевой шлюз — аппаратный маршрутизатор или программное обеспечение для сопряжения компьютерных сетей, использующих разные протоколы (например, локальной и глобальной). Интернет-шлюз — программный сетевой шлюз, распределяющий и контролирующий доступ в сеть Интернет среди клиентов локальной сети (пользователей).

Порты: SMTP – 25, POP3 – 110, FINGER – 79, DNS – 53, SSH – 22.

5. IP-адресация: версии протокола IP, структуры адресов, адреса в локальных подсетях класса А, В и С, взаимосвязь IP-адреса с маской подсети. Адрес 127.0.0.1 и его
назначение.

В современной сети Интернет используется IP четвёртой версии, также известный как IPv4. В протоколе IP этой версии каждому узлу сети ставится в соответствие IP-адрес длиной 4 октета (4 байта).

IPv6 — это новая версия протокола IP, призванная решить проблемы, с которыми столкнулась предыдущая версия (IPv4) при её использовании в Интернете, за счёт использования длины адреса 128 бит вместо 32. В настоящее время протокол IPv6 уже используется в нескольких сотнях сетей по всему миру.

Адреса внутренней сети не следует выбирать случайным образом. Специально для этих целей существуют зарезерезерированные адрес:

От 10.0.0.0 до 10.255.255.255, (класс A)

От 172.16.0.0 до 172.31.255.255, (класс B)

От 192.168.0.0 до 192.168.255.255, (класс C)

Класс А. Адреса класса А назначаются узлам очень большой сети. Старший бит в адресах этого класса всегда равен нулю. Следующие семь бит первого октета представляют идентификатор сети. Оставшиеся 24 бита (три октета) содержат идентификатор узла. Это позволяет иметь 126 сетей с числом узлов до 17 миллионов в каждой.

Класс В. Адреса класса В назначаются узлам в больших и средних по размеру сетях. В двух старших битах IP-адреса класса В записывается двоичное значение 10. Следующие 14 бит содержат идентификатор сети (два первых октета). Оставшиеся 16 бит (два октета) представляют идентификатор узла. Таким образом, возможно существование 16 384 сетей класса В, в каждой из которых около 65 000 узлов.

Класс С. Адреса класса С применяются в небольших сетях. Три старших бита IP-адреса этого класса содержат двоичное значение 1 10. Следующие 21 бит составляет идентификатор сети (первые три октета). Оставшиеся 8 бит (последний октет) отводится под идентификатор узла. Всего возможно около 2 000 000 сетей класса С, содержащих до 254 узлов.

Маской подсети или маской сети называется битовая маска, определяющая, какая часть IP-адреса узла сети относится к адресу сети, а какая — к адресу самого узла в этой сети. Сетевая маска используется для того, чтобы изменить интерпретацию локальных IP адресов.

Стандартная маска подсети - содержит единицы в разрядах поля сети и нули в остальных разрядах. Это означает, что стандартные сетевые маски для трех классов сетей выглядят так: маска для сети класса А: 255.0.0.0; маска для сети класса B: 255.255.0.0; маска для сети класса C: 255.255.255.0; Сетевая маска используется для того, чтобы изменить интерпретацию локальных IP адресов.

127.0.0.1 (localhost) — IP-адрес специального сетевого интерфейса в сетевом протоколе TCP/IP (IPv4). Обозначает то же самое сетевое устройство (компьютер), с которого осуществляется отправка сетевого пакета или установление соединения. Использование адреса 127.0.0.1 позволяет устанавливать соединение и передавать информацию для программ-серверов, работающим на том же компьютере, что и программа-клиент, независимо от конфигурации аппаратных сетевых средств компьютера.

Методы множественного доступа - TDMA и FDMA (WDMA). Основа технологии, преимущества и недостатки, применение.

Метод доступа – это способ определения того, какая из рабочих станций сможет следующей использовать ЛВС. То, как сеть управляет доступом к каналу связи (кабелю), существенно влияет на ее характеристики.

TDMA -Множественный доступ с разделением во времени основан на распределении времени работы канала между системами. Время канала делится на повторяющиеся циклы. Цикл включает n пронумерованных временных интервалов, называемых ячейками Данный способ позволяет организовать передачу данных с коммутацией пакетов и с коммутацией каналов. Первый вариант использования интервалов заключается в том, что их число (n) делается равным количеству абонентских систем, подключенных к рассматриваемому каналу. Тогда во время цикла каждой системе предоставляется один интервал, в течение которого она может передавать данные. При использовании рассмотренного метода доступа часто оказывается, что в одном и том же цикле одним системам нечего передавать, а другим не хватает выделенного времени. Второй, более экономичный вариант заключается в том, что система получает интервал только тогда, когда у нее возникает необходимость в передаче данных. Для передачи данных система может в каждом цикле получать интервал с одним и тем же номером. Это режим передачи данных с имитацией коммутации каналов. Способ особенно удобен при передаче речи. TDMA в настоящее время является доминирующей технологией для мобильных сотовых сетей и используется в стандартах GSM, TDMA (ANSI-136), PDC.

Доступ FDMA, именуемого также множественным доступом с разделением волны WDMA, основан на разделении полосы пропускания канала на группу полос частот, образующих логические каналы. В каждой узкой полосе создается логический канал. Размеры узких полос могут быть различными. Передаваемые по логическим каналам сигналы накладываются на разные несущие и поэтому в частотной области не должны пересекаться. Вместе с этим, иногда, несмотря на наличие защитных полос, спектральные составляющие сигнала могут выходить за границы логического канала и вызывать шум в соседнем канале. FDMA относительно прост, но для его реализации необходимы передатчики и приемники, работающие на различных частотах. Основной недостаток FDMA - недостаточная эффективность использования полосы частот, которая заметно повышается при переходе к более совершенному методу TDMA. Преимущество: вся информация передается в "реальном времени", и абонент получает возможность использовать всю полосу пропускания, выделенного ему сегмента.