Концепции и компоненты сетей

Построение сети Ethernet подчиняется простому набору правил и состоит из компонентов, регулирующих ее основную работу.

В основном в сетях Ethernet для обработки одновременных запросов применяется метод доступа CSMA/CD. Это один из наиболее широко применяемых стандартов локальных вычислительных сетей.

Сокращение CSMA/CD обозначает множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов и описывает то, каким образом протокол Ethernet регулирует взаимодействие между узлами.

Хотя данный термин может показаться пугающе сложным, если мы разобьем его концепции на составляющие, то увидим, что он описывает правила, очень похожие на те, которыми руководствуются люди, ведя вежливую беседу.

Например, если кто‑либо говорит за столом во время обеда, то все остальные будут слушать ее или его, пока он не закончит говорить.

В те моменты, когда кто‑либо другой решает продолжить разговор, все остальные опять ждут, когда закончит говорить этот второй человек. Если после паузы двое или более людей начинают говорить одновременно, то возникает «столкновение» или конфликт. В сетевой организации это эквивалентно конфликту данных между двумя компьютерами. Протокол CSMA/CD требует, чтобы в таких случаях оба компьютера на время «замолчали» и начали разговаривать снова через произвольно заданный промежуток времени. Тот, чей произвольный промежуток времени ожидания будет короче, станет первым «говорящим» из двух, а остальные будут ждать, пока он не закончит говорить. Режим произвольного включения предоставляет всем участникам (компьютерным станциям) равные возможности участия в разговоре (обмене данными) за обеденным столом (в сети Ethernet).

Для лучшего понимания этих правил и сетевых составляющих важно понимать основную терминологию, поэтому здесь мы ознакомимся с основными понятиями.

Данная книга предназначена для индустрии видеонаблюдения, поэтому, как таковые, основы Ethernet даются здесь в довольно сжатом виде. Те читатели, которых интересует более подробная информация, могут обратиться к книгам, более пространно излагающим тему организации сетей, таким, как «Справочник по технологиям межсетевого обмена» (Internetworking Technologies Handbook ), опубликованный компанией Cisco Systems.

– Сеть– Сеть представляет собой группу компьютеров, соединенных таким образом, что между компьютерами возможен обмен информацией.

– Локальная вычислительная сеть (LAN) – ЛВС– это сеть из компьютеров, физически находящихся в одном и том же месте, обычно в пределах одного здания или комплекса зданий. Если же компьютеры находятся на большом расстоянии друг от друга (в разных точках города или в разных городах), то, как правило, используется глобальная сеть (WAN).

– Уровни модели взаимодействия открытых систем OSI– Эталонная модель взаимодействия открытых систем была введена Международной организацией по стандартизации (ISO) и определяет семь уровней сетевой организации.

– Узел– Узлом является любое устройство, подключенное к сети. Хотя чаще всего таким устройством является компьютер, но это может быть также и принтер или цифровой видеорегистратор.

– Сегмент– Сегментом является любая часть сети, отделенная от других частей коммутатором, мостом или маршрутизатором.

– Магистраль– Магистралью называется основной кабель сети, к которому подключены все сегменты. Обычно магистраль способна переносить больший объем информации, чем отдельные сегменты. Например, каждый из сегментов может иметь скорость передачи 10 Мбит/с, в то время как магистраль может работать со скоростью 100 Мбит/с.

– Повторитель (Repeater) – Повторителем называется сетевое устройство, используемое для наращивания и взаимосвязи сетевых сегментов, что обеспечивает дальнюю связь. Повторители получают сигналы от одного сетевого сегмента и затем усиливают, восстанавливают синхронизацию и ретранслируют эти сигналы в другую сеть. Они очень сходны с линейными усилителями, с которыми мы имеем дело в аналоговом видеонаблюдении. Существуют ограничения относительно того, сколько повторителей может быть использовано друг за другом. Повторители не способны выполнять сложную фильтрацию или маршрутизацию, которую выполняют другие устройства, перечисленные ниже.

– Сетевой концентратор (Hub)соединяет в локальной сети множество компьютеров и устройств. Сетевые концентраторы функционируют на физическом уровне 1 семиуровневой модели OSI (объяснение дается далее в этой главе) и подключают каждый компьютер посредством специального кабеля. Сетевые концентраторы не выполняют какой‑либо «интеллектуальной» коммутации или маршрутизации пакетов данных; поэтому сетевые концентраторы с большим количеством портов вызывают большее число конфликтов и потерь при одновременной передаче данных. По существу, сетевые концентраторы создают сети с топологией типа «звезда» и в некоторых отношениях они могут рассматриваться в качестве повторителей.

– Мост (Bridge)является еще более «разумным» устройством передачи данных, соединяющим локальные сети на базе однотипных компьютеров или единой программной платформы, и предоставляющим возможность пересылки пакетов данных между такими сетями. Мосты поддерживают коммутацию с промежуточной буферизацией пакетов. Соединение по мостовой схеме происходит на уровне 2 семиуровневой модели OSI (объяснение дается далее в данной главе).

– Коммутаторы (Switch) – Сетевой коммутатор является еще одним широко распространенным «интеллектуальным» устройством передачи данных, следующим непосредственно за сетевым мостом. В то время как мосты снабжены лишь несколькими портами, коммутаторы манипулируют значительно большим количеством портов. Коммутаторы также снижают количество конфликтов при передаче данных через сетевые сегменты, которые они соединяют, кроме этого, они обеспечивают выделенную полосу пропускания для каждого сетевого сегмента.

– Маршрутизаторы (Router) – это специализированные компьютеры, рассылающие сообщения адресатам информации по тысячам магистралей. Они обладают еще более высоким «уровнем интеллекта», чем коммутаторы, так как являются ключевыми устройствами, делающими возможным обмен потоками сообщений между сетями, а не внутри сетей. Маршрутизация часто сравнивается с соединением по мостовой схеме и даже считается, что это одно и то же, но основная разница заключается в том, что маршрутизация является более «интеллектуальной», так как она основана на том, что маршрутизатор знает и находит кратчайшие пути для доставки конкретной информации от источника к получателю. Маршрутизация происходит на уровне 3 семиуровневой модели OSI.

– Сетевая интерфейсная карта (NIC) – каждый компьютер (и большинство других устройств) соединяются с сетью при помощи сетевого адаптера. Чаще всего таким адаптером является сетевая карта Ethernet (обычно обеспечивающая скорость передачи в 10 или 100 Мбит/с), которая подключается через слот шины PCI на системной плате компьютера.

– МАС‑адрес– это физический адрес любого устройства в сети, такого, например, как сетевая интерфейсная карта компьютера. МАС‑адрес, делящийся на две равные части, состоит из 6 разрядов. По первым 3 байтам можно идентифицировать компанию, изготовившую сетевой адаптер; следующие 3 байта представляют собой серийный номер самого сетевого адаптера.

– Однонаправленная передача (Unicasting) – доставка с одного узла сообщений, адресованных на другой единичный узел.

– Многоадресная передача (Multicasting) – при многоадресной доставке сообщений с узла отправляется пакет с особой групповой адресацией. Устройства, имеющие отношение к таким группам, регистрируются для получения пакетов, адресованных группе. Примером такого устройства может служить маршрутизатор, посылающий обновления всем остальным маршрутизаторам.

– Широковещательная рассылка– при широковещании узел рассылает пакеты, предназначенные для передачи, на все узлы, находящиеся в сети.

– Фреймы данных– Фреймы подобны предложениям в человеческом языке. В английском языке мы имеем правила для построения предложений и знаем, что каждое предложение должно состоять из подлежащего и сказуемого. Протокол Ethernet определяет набор правил для построения фреймов. Существуют точно определенные минимальные и максимальные размеры фреймов, а также требуемые порции информации, которые должны появляться во фрейме. Каждый фрейм, например, должен включать как адрес назначения, так и адрес источника данных с идентификацией получателя и отправителя сообщения.

Рис. 11.22. Иллюстрация к основным сетевым терминам

Рис. 11.23. Сетевые коммутаторы