Table of Contents

Click Here to Return To the Network Plus Course Page

Основы сетевых технологий играют важнейшую роль в современном взаимосвязанном мире. Будь то просмотр Интернета, отправка электронной почты или просмотр потокового видео, все эти действия зависят от надежной сетевой инфраструктуры. В этой статье мы рассмотрим основы сетевого взаимодействия, начиная с модели OSI и концепции капсуляции. Мы также рассмотрим различные сетевые топологии и их характеристики.

Обзор модели OSI и концепций инкапсуляции

Модель **OSI (Open Systems Interconnection) - это концептуальная схема, определяющая функции сети на семи различных уровнях. Каждый уровень имеет определенные обязанности и взаимодействует с выше- и нижележащими уровнями. Понимание модели OSI необходимо для понимания того, как передаются и обрабатываются данные в сети.

Слои модели OSI

  1. Уровень 1 - физический: Физический уровень связан с фактической передачей и приемом необработанных битовых потоков по физическим носителям, таким как медные провода, волоконно-оптические кабели или беспроводные соединения.

  2. 2. Уровень 2 - Data Link: Канальный уровень отвечает за создание и завершение соединений между сетевыми устройствами. Он также выполняет обнаружение и исправление ошибок для обеспечения надежной передачи данных.

  3. Уровень 3 - сетевой: Сетевой уровень обеспечивает маршрутизацию пакетов данных от источника к месту назначения через множество сетевых узлов. На нем решаются вопросы, связанные с перегрузкой сети, маршрутизацией пакетов и IP-адресацией.

  4. Уровень 4 - транспортный: Транспортный уровень обеспечивает постоянную доставку данных и устанавливает надежную связь между источником и получателем. Он управляет сегментацией данных, контролем потока и восстановлением ошибок.

  5. Уровень 5 - сеансовый: Сеансовый уровень устанавливает, поддерживает и завершает сеансы связи между приложениями. Он управляет диалоговым управлением и синхронизацией между устройствами.

  6. Уровень 6 - представление: Презентационный уровень фокусируется на синтаксисе и семантике информации, которой обмениваются приложения. Он обеспечивает шифрование, сжатие и форматирование данных для их правильной интерпретации.

  7. Уровень 7 - прикладной: Прикладной уровень представляет собой реальные сетевые приложения и сервисы, используемые конечными пользователями. Он предоставляет такие услуги, как почта, передача файлов, просмотр веб-страниц и удаленный доступ.

Инкапсуляция и декапсуляция данных в контексте модели OSI

Инкапсуляция данных - это процесс добавления специфических для протокола заголовков и прицепов к полезной нагрузке на каждом уровне модели OSI. Такая инкапсуляция позволяет данным проходить через сеть и достигать места назначения. Декапсуляция, наоборот, предполагает удаление добавленных заголовков и прицепов на каждом уровне модели OSI для извлечения исходной полезной нагрузки.

В контексте модели OSI инкапсуляция и декапсуляция данных осуществляются с помощью следующих элементов:

  • Заголовок Ethernet: Заголовок Ethernet содержит такую информацию, как MAC-адреса устройства-источника и устройства-получателя, тип протокола Ethernet и механизмы проверки ошибок.

  • Заголовок протокола Internet (IP): Заголовок IP содержит IP-адреса источника и получателя, идентификацию пакета, время жизни и другие важные параметры для связи на основе IP.

  • Заголовки протокола управления передачей (TCP)/пользовательского дейтаграммного протокола (UDP): Заголовки TCP и UDP содержат номера портов, порядковые номера, контрольные суммы и другую информацию, необходимую для взаимодействия на транспортном уровне.

  • TCP-флаги: Флаги TCP указывают на определенные функции управления и опции во время сеанса TCP. Они включают в себя флаги для установления соединения, подтверждения данных, завершения соединения и т.д.

  • Полезная нагрузка: Полезная нагрузка - это собственно передаваемые данные, такие как веб-страница, сообщение электронной почты или мультимедийный файл.

  • Maximum Transmission Unit (MTU): MTU представляет собой максимальный размер пакета данных, который может быть передан по сети без фрагментации.

Изучение сетевых топологий и их характеристик

Сетевые топологии определяют физическое или логическое расположение сетевых устройств и взаимосвязей между ними. Каждая топология имеет свои достоинства и недостатки, и выбор правильной топологии зависит от различных факторов, таких как масштабируемость, отказоустойчивость и стоимость.

Топология сетки

В топологии mesh каждое устройство соединено с каждым другим устройством, образуя полностью взаимосвязанную сеть. Такая избыточность обеспечивает высокую отказоустойчивость, но может быть дорогостоящей и сложной в реализации. Сетчатые топологии широко используются в критически важных инфраструктурах и высокопроизводительных вычислительных средах.

Топология “звезда/концентратор и спица

В топологии звезда все устройства подключаются к центральному концентратору или коммутатору. Концентратор выступает в качестве центральной точки подключения, обеспечивая связь между устройствами. Такая топология проста в управлении и обеспечивает централизованный контроль, однако в случае выхода из строя концентратора может возникнуть единая точка отказа.

Топология шины

В топологии шина все устройства подключены к одной линии связи, называемой шиной. Данные передаются по шине последовательно, и устройства получают предназначенные для них данные. Шинные топологии просты и экономически эффективны, но могут испытывать перегрузки в сети и обладают ограниченной масштабируемостью.

Кольцевая топология

В топологии кольцо устройства соединяются в кольцевую цепочку: каждое устройство подключается к следующему, а последнее - к первому. Данные циркулируют по кольцу в одном направлении. Кольцевые топологии обеспечивают справедливый доступ и могут выдерживать высокую нагрузку, но при отказе одного из устройств могут возникать сбои в работе сети.

Гибридная топология

Гибридная топология** объединяет несколько топологий для создания более гибкой и масштабируемой сети. Например, сочетание топологий “звезда” и “кольцо” позволяет обеспечить избыточность и отказоустойчивость при сохранении масштабируемости.

Типы и характеристики сетей

Сети включают в себя различные типы сетей, каждый из которых отвечает определенным потребностям и условиям использования. Вот некоторые распространенные типы сетей:

Одноранговая сеть (P2P)

В сети **peer-to-peer (P2P) устройства подключаются непосредственно друг к другу, не полагаясь на централизованный сервер. Сети P2P часто используются для обмена файлами, совместной работы приложений и децентрализованных систем.

Сеть “клиент-сервер

В сети клиент-сервер работают клиенты, которые запрашивают услуги или ресурсы, и серверы, которые предоставляют эти услуги или ресурсы. Сети “клиент-сервер” широко используются в корпоративных средах, где необходимы централизованный контроль и управление ресурсами.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС)

Локальная вычислительная сеть (ЛВС)** охватывает небольшую географическую область, например, офисное здание или дом. Она позволяет устройствам внутри сети взаимодействовать и совместно использовать ресурсы. Локальные сети обычно используются для внутренней коммуникации, совместного доступа к файлам и принтерам.

Столичная вычислительная сеть (MAN)

Городская сеть (MAN)** охватывает большую географическую область, чем локальная сеть, но меньшую, чем глобальная. Она объединяет несколько локальных сетей в пределах города или мегаполиса. MAN часто используется организациями, которым требуется высокоскоростное соединение между филиалами или кампусами.

Глобальная вычислительная сеть (WAN)

Глобальная сеть (WAN)** охватывает большую географическую территорию, соединяя несколько локальных сетей или сетей MAN в разных городах, странах или континентах. Для передачи данных на большие расстояния глобальные сети используют различные коммуникационные технологии, такие как выделенные линии, спутники и оптические сети.

Беспроводная локальная сеть (WLAN)

Беспроводная локальная сеть (WLAN)** обеспечивает беспроводную связь на ограниченной территории, как правило, с использованием технологии Wi-Fi. WLAN часто встречаются в домах, офисах, кофейнях и общественных местах, позволяя пользователям подключать свои устройства без использования физических кабелей.

Персональная вычислительная сеть (PAN)

Сеть персональной зоны (PAN) охватывает небольшую область, обычно в пределах рабочего места человека или его ближайшего окружения. Она обеспечивает связь между персональными устройствами, такими как смартфоны, планшеты и носимые устройства.

Сеть кампуса (CAN)

Сеть campus area network (CAN) - это сеть, охватывающая университетский городок или крупный корпоративный кампус. Она обеспечивает связь с различными зданиями и сооружениями на территории кампуса, облегчая общение и совместное использование ресурсов.

Storage Area Network (SAN)

Сеть хранения данных (SAN)** - это специализированная сеть, предназначенная для хранения данных. Она позволяет нескольким серверам получать доступ к общим ресурсам хранения данных, таким как дисковые массивы или ленточные библиотеки, через высокоскоростное соединение.

Программно-определяемая глобальная вычислительная сеть (SDWAN)

Программно-определяемая глобальная сеть (SDWAN) - это технология, упрощающая управление и настройку глобальных сетей за счет отделения плоскости управления сетью от базового оборудования. Она обеспечивает централизованный контроль и позволяет организациям динамически управлять своей WAN-инфраструктурой.

Многопротокольная коммутация меток (MPLS)

Мультипротокольная коммутация меток (MPLS) - это технология маршрутизации, использующая метки для эффективной передачи пакетов данных по сети. Она обеспечивает высокопроизводительную, надежную и безопасную связь, что делает ее подходящей для поставщиков услуг и предприятий.

Инкапсуляция многоточечной маршрутизации (Multipoint Generic Routing Encapsulation, mGRE)

Multipoint Generic Routing Encapsulation (mGRE) - это технология создания виртуальных частных сетей (VPN) путем инкапсуляции пакетов данных и их передачи по многоточечной сети. Она обеспечивает эффективную связь между несколькими сайтами или конечными точками.

Концепции виртуальных сетей

Технологии виртуализации произвели революцию в проектировании и управлении сетями. Вот некоторые концепции виртуальных сетей:

vSwitch

vSwitch, или виртуальный коммутатор, - это программный сетевой коммутатор, работающий в виртуализированной среде, например в гипервизоре. Он обеспечивает связь между виртуальными машинами (ВМ) и подключает их к физической сети.

Виртуальная сетевая карта (vNIC)

Виртуальная сетевая карта (vNIC)** - это виртуализированная сетевая карта, эмулирующая физический сетевой адаптер в виртуальной машине. Она позволяет виртуальным машинам взаимодействовать с виртуальным коммутатором и физической сетью.

Виртуализация сетевых функций (NFV)

Виртуализация сетевых функций (NFV) - это подход, позволяющий виртуализировать сетевые функции, такие как межсетевые экраны, маршрутизаторы и балансировщики нагрузки, запустив их на стандартных серверах вместо специализированных аппаратных устройств. Он обеспечивает гибкость, масштабируемость и снижение затрат на сетевую инфраструктуру.

Гипервизор

Гипервизор** - это программный уровень, обеспечивающий создание и управление виртуальными машинами. Он обеспечивает аппаратную абстракцию, позволяя запускать несколько виртуальных машин на одном физическом сервере.

Ссылки на провайдера

Ссылки на провайдеров относятся к различным типам возможностей подключения, предлагаемых провайдерами. Ниже приведены некоторые общие ссылки на провайдеров:

Спутниковая связь

Спутниковые каналы используют спутники связи для передачи данных на большие расстояния. Они часто используются в удаленных районах, где другие возможности подключения ограничены.

Цифровая абонентская линия (DSL)

Цифровая абонентская линия (DSL) - это технология, обеспечивающая высокоскоростной доступ в Интернет по существующим телефонным линиям. Она обеспечивает более высокую скорость по сравнению с традиционными коммутируемыми соединениями и широко распространена в жилых и коммерческих помещениях.

Кабель

Кабельный Интернет использует те же коаксиальные кабели, что и для кабельного телевидения, для обеспечения высокоскоростного доступа в Интернет. Он популярен в жилых районах и обеспечивает более высокую скорость по сравнению с DSL.

Выделенная линия

Выделенная линия** - это выделенное соединение “точка-точка” между двумя точками. Она обеспечивает надежное и безопасное соединение, поэтому подходит для предприятий с высокими требованиями к пропускной способности.

Metro-Optical

Метро-оптические сети используют технологию оптического волокна для обеспечения высокоскоростного соединения в пределах мегаполиса. Они обеспечивают высокую пропускную способность и низкую задержку, что идеально подходит для приложений, работающих с большими объемами данных.

В заключение следует отметить, что понимание основ сетевых технологий имеет решающее значение для построения и поддержки надежных и эффективных сетевых инфраструктур. Модель OSI обеспечивает основу для понимания того, как передаются и обрабатываются данные на различных сетевых уровнях. Кроме того, знание сетевых топологий помогает при проектировании сетей, отвечающих определенным требованиям к масштабируемости, отказоустойчивости и экономичности. Знакомство с различными типами сетей, концепциями виртуальных сетей и провайдерских связей позволяет принимать обоснованные решения при создании и управлении сетями.

Ссылки: