Bazele gestionării rețelei

Această parte a apendicelui cărții tratează în mod specific pe scurt elementele de bază ale rețelelor de calculatoare, nu înlocuind conținutul unei cărți obișnuite de rețele. Pe de altă parte, ne oferă o bază bună pentru a ne imagina cum funcționează și pentru a avea o idee despre tehnologiile utilizate.

Ethernet

Ethernet este un sistem de rețea care utilizează 8 perechi de perechi răsucite. În aceasta, o conexiune punct-la-punct este stabilită între fiecare stație. Perechile de sârme sunt izolate galvanic de fiecare parte de un transformator de izolare. Acest lucru a fost recent integrat în mufa cablului de rețea. Conectorul Ethernet este RJ-45.

Distanța dintre două puncte poate fi de până la 100 de metri, deși, în funcție de cablu, aceasta poate fi redusă la 80 de metri. În funcție de câte perechi de fire conectăm, viteza rețelei variază. Distingem între versiunile de 10, 100 și 1000 Mbps, toate fiind compatibile cu versiunile anterioare. Deci, pe o rețea de 1000 Mbps, putem folosi atât dispozitive de 10, cât și 100 Mbps.

Firele utilizate variază în funcție de viteza rețelei, de asemenea în ceea ce privește construcția și conexiunea. Firele sunt împărțite în categorii. Sunt disponibile cabluri CAT 3 (10 Mbps), CAT 5 (100 Mbps) și CAT 7 (1000 Mbps).

Conexiunea prin cablu depinde de viteză și de dispozitiv. Datorită dependenței dispozitivului, există două tipuri de fiecare conexiune: tipurile de cabluri directe și reticulate. Un cablu încrucișat trebuie utilizat într-o locație în care două dispozitive pasive sunt conectate fără un dispozitiv activ (de exemplu, două computere sau mai multe computere printr-un hub). Cablul direct este întotdeauna conectat la două sau mai multe dispozitive printr-un dispozitiv activ. De altfel, majorității dispozitivelor active nu le pasă dacă sunt conectate printr-un cablu reticulat sau direct. Conexiunile sunt împărțite în tipurile A și B.

Veți avea un cablu direct dacă ștecherul este conectat la ambele capete conform standardului A (Opțional, putem folosi 2 conexiuni B). Cablul nostru va fi reticulat dacă conectorul de pe o parte este conectat conform standardului A și de cealaltă parte conform standardului B. Acest tip de cablu se numește cablu încrucișat pentru cablurile fabricate din fabrică.

Un cablu proiectat pentru o viteză mai mare a rețelei poate fi utilizat și pentru rețelele cu viteză mai mică dacă numai semnalele de rețea sunt transmise pe cablul de rețea. În cazul rețelelor cu viteză mai mică, picioarele care nu sunt utilizate pentru transmisie pot transporta, de asemenea, energie electrică, care este potrivită pentru operarea dispozitivului de rețea. Aceasta se numește Power over Ethernet (PoE). La început, astfel de soluții erau specifice furnizorului, dar sunt acum complet standard. În mod standard, se poate transmite maxim 48V DC cu un curent de 350mA, care este potrivit pentru transmiterea puterii de 16,5W.

Tipuri de dispozitive de rețea

De la dispozitivele de rețea, facem distincția între dispozitivele active și pasive. Cu toate acestea, acest lucru nu se aplică necesităților lor de alimentare cu energie, ci funcționării rețelei lor. Dispozitivele pasive sunt cele mai stupide în acest sens, în timp ce activele active sunt mai inteligente „ca să spunem așa”. Dispozitivele pasive sunt repetor și hub, iar active sunt comutatorul și routerul.

repetor

Un repetor nu este altceva decât un repetor. Se folosește în locurile în care lungimea cablului este mai mare decât maximul permis de 100 de metri. Apoi, trebuie să fie plasat un repetor la fiecare 100 de metri, care transferă datele care vin de la portul de intrare la portul de ieșire.

hub

Butucul este un butuc stelar. Fiecare punct are și intrare și ieșire. Distribuie semnalul de intrare la fiecare punct de ieșire. În realitate, fiecare hub este, de asemenea, un repetor.

intrerupator

Comutatorul este un hub mai inteligent, deoarece transmite semnalul de intrare doar către firul pe care se află stația de destinație, reducând astfel sarcina în rețea. Este capabil să facă acest lucru lucrând în al doilea strat al modelului OSI și luând în considerare adresa MAC a expeditorului și destinația înainte de transmisie. Nu cunoașteți topologia rețelei atunci când o porniți, așa că va identifica detaliile relevante pentru rețeaua dvs. după ce ați pornit-o.

pod

Un instrument pentru conectarea subrețelor, cum ar fi Switch-ul, funcționează în al doilea strat al modelului OSI și, prin urmare, nu este capabil să rezolve sarcini de rutare precum Routerul. De obicei, comutatoarele mai avansate au și o funcție Bridge.

router

Routerul este potrivit pentru conectarea rețelelor. Prin definiție, are două porturi. Un port WAN care se conectează la o altă rețea și un port LAN care se conectează la rețeaua pe care se află routerul. Cu toate acestea, în realitate, majoritatea routerelor sunt, de asemenea, un switch, deci au mai multe porturi LAN. Este atât de avansat decât bridge-ul încât routerul poate distinge subrețele și poate seta preferințele de rutare între ele.

Modelul OSI

Modelul OSI este un model de referință pentru interconectarea sistemelor deschise. Acestea sunt concepute pentru a face rețelele de calculatoare conectabile indiferent de implementare. În realitate, există doar pe hârtie, nu a fost niciodată aplicat pe deplin, ci doar o parte din aceasta. În practică, modelul cu cinci straturi de TCP/IP este utilizat în locul celui de 7 straturi de OSI, deoarece implementarea completă a OSI ar fi complicată inutil.

O caracteristică comună a celor șapte straturi este că fiecare strat se poate construi numai pe serviciile stratului de mai jos, iar stratul își poate furniza serviciile numai stratului de deasupra acestuia. Astfel, în practică, anumite straturi ale unui model construit pe două stații pot comunica doar între ele.

Stratul fizic definește specificațiile fizice și electrice pentru dispozitivele necesare funcționării rețelei. Acest strat funcționează în mod specific cu o serie de biți. De la dispozitivele de rețea, hub-ul și repetorul funcționează la acest nivel.

Oferă funcții și proceduri care permit transferul de date între două elemente de rețea. De asemenea, indică și, dacă este posibil, corectează erorile la nivel fizic (notă: în practică, această sarcină face acum parte din protocolul IP, deci nu este utilizată pe scară largă în acest strat). Schema simplă de adresare utilizată este la nivel fizic, adică adresele utilizate sunt adrese fizice (adrese MAC) care sunt fixate de producător la nivelul plăcii de rețea.

Stratul de rețea
Acesta oferă funcțiile și procedurile necesare pentru a transmite seturi de date cu lungime variabilă de la expeditor la destinatar, astfel încât datele să poată fi transmise pe una sau mai multe rețele, în funcție de calitatea serviciului. Stratul de rețea oferă direcționarea rețelei, controlul fluxului de date, segmentarea/desegmentarea datelor și, cel mai important, funcții de verificare a erorilor. Ruterele funcționează la acest nivel în rețea. Aici, modelul folosește deja o schemă de adresare logică - valorile sunt specificate de administratorul de rețea utilizând o schemă de adresare organizată ierarhic. Aceasta va fi adresa IP. În prezent există două versiuni ale acestui lucru: 4 și 6.

Stratul de transport asigură transparența datelor între utilizatori. Stratul asigură și verifică fiabilitatea unei anumite conexiuni. Unele protocoale sunt orientate spre conexiune. Aceasta înseamnă că stratul ține evidența pachetelor de date și se asigură că pachetul sau pachetele sunt retransmise în caz de eroare. Cel mai cunoscut protocol de nivel 4 este TCP, dar protocolul UDP aparține și acestui strat.

Stratul de relație implementează un mecanism pentru gestionarea dialogului între aplicațiile utilizatorului final. Sarcina sa caracteristică este de a construi și rupe conexiunea logică, de a organiza dialogul. De asemenea, efectuează sarcini de sincronizare prin încorporarea punctelor de control. Acestea sunt adesea denumite stratul de colaborare.

Stratul de afișare este responsabil pentru formatarea și transmiterea informațiilor către stratul aplicației, unde este procesată și afișată în continuare. Asigură că stratul de aplicație nu mai trebuie să facă față diferențelor de sintaxă care pot rezulta din diferite metode de interpretare a datelor în sistemele utilizatorului final.

Serviciile de nivel de aplicație acceptă comunicarea între aplicațiile software, iar serviciile de rețea de nivel inferior sunt capabile să interpreteze nevoile din aplicații și aplicațiile pot interpreta datele trimise prin rețea după cum este necesar. Prin intermediul protocoalelor de nivel de aplicație, aplicațiile pot negocia formatul, procesul suplimentar, securitatea, sincronizarea sau alte nevoi de rețea.

Modelul TCP/IP

TCP/IP reprezintă structura protocolului care alcătuiește și Internetul. Este denumit după protocoalele TCP și IP, implementarea practică a modelului OSI. Numele și funcțiile straturilor sunt în mare parte aceleași cu cele discutate în modelul OSI, dar sunt oarecum simplificate.

Strat fizic
Stratul fizic transmite cadrele primite de la stratul de legătură de date din rețea. Pe partea de recepție, același proces are loc înapoi până când datele ajung la aplicația mașinii de recepție.

Stratul de legătură de date adaugă, de asemenea, propriul antet la datele primite și le împarte în cadre. Dacă datele rezultate sunt prea mari pentru a se potrivi într-un cadru, acestea se împart și adaugă o așa-numită coadă la capătul ultimului cadru pentru a restabili datele originale pe partea de recepție.

Strat de rețea (Internet)

Adaugă propriul antet la perechea de date de antet primită din stratul de transport, care conține informații despre care punct final va primi datele.

Atașează un așa-numit antet la începutul datelor primite de la stratul aplicației, care indică protocolul stratului de transport (de obicei TCP sau UDP) cu care sunt trimise datele.

Stratul de aplicație stabilește o conexiune între programul inițiat de utilizator și stratul de livrare. Dacă un program dorește să trimită date printr-o rețea, stratul aplicației îl redirecționează către stratul de transport.

Protocoale, tehnologii

Descrierea modelelor singură nu este suficientă pentru a înțelege modul în care funcționează rețeaua, deși oferă o bază bună pentru aceasta. În această secțiune, voi discuta în detaliu fiecare dintre tehnologiile și protocoalele majore care sunt esențiale pentru înțelegerea rețelelor.

Protocol IP

Protocolul IP este responsabil pentru adresarea logică a mașinilor din cadrul unei rețele. Există două versiuni utilizate în prezent: cvadruplu (IPv4) și șase (IPv6). Versiunea patru a fost lansată în 1981. Aceasta identifică dispozitivele cu o adresă pe 32 de biți. Adresa pe 32 de biți este specificată în octeți în formă zecimală, separate prin puncte. Cu 32 de biți, puțin peste 4,2 miliarde de dispozitive pot fi adresate simultan. Dezvoltatorii standardului au crezut că adresele disponibile se vor epuiza mai devreme sau mai târziu, așa că au venit cu o soluție pentru a împărți Internetul în subrețele. Acest lucru înseamnă în mod specific că dispozitivele (gazdele) care pot fi adresate pe Internet pot avea două adrese. Cu o adresă publică externă și o adresă internă de rețea. Astfel, 4,2 miliarde de mașini pot fi adresate și în rețeaua internă dacă rețeaua internă nu este împărțită de o gazdă în rețele suplimentare. Instrumentul de rețea este routerul care transmite pachetele de date către adresa sa internă către rețeaua externă și invers.

Această schemă de adresare a fost dovedită de ceva timp, cu toate acestea, rețelele au început să se complice în timp. Dezvoltatorii protocolului au recunoscut că această schemă de adresare nu este o soluție pe termen lung. Prin urmare, după multe proiecte, versiunea șase a protocolului IP a fost finalizată. Interesant, deși au existat cinci versiuni ale protocolului, acesta nu a fost niciodată folosit, dar versiunea îmbunătățită cu șase a fost răspândită. Acest lucru este acum acceptat de majoritatea sistemelor de operare. Din păcate, acest lucru nu mai este cazul dispozitivelor de rețea. Din fericire, protocolul poate funcționa și pe dispozitive de rețea IPv4 într-un mod special, dar acest lucru nu este acceptat de toată lumea în acest moment. Versiunea a șasea utilizează adrese pe 128 de biți. Astfel, în teorie, 3.402 x 10 38 gazde pot fi adresate simultan. Este un număr uriaș, atât de mare încât, dacă ar fi fezabil, am putea da tuturor moleculelor din aer o adresă unică și chiar să rămânem în afara adresei noastre. Nu mă voi ocupa de structura versiunii șase în cadrul cărții, deoarece majoritatea dispozitivelor încorporate folosesc versiunea a patra.

Titlurile care pot fi alocate sunt împărțite în trei clase. Clasele de adrese determină câte rețele și gazde pot fi împărțite întreaga gamă de adrese. Vă puteți abate de la acest sistem de adresare.

Clasa de adresă Adresa biți de început ID rețea ID gazdă

THE	0	8 biți	24 biți
THE	10	16 biți	16 biți
THE	110	24 biți	8 biți

Fiecare adresă va avea o mască de subrețea lângă ea. Aceasta determină adresa de rețea dintr-o adresă IP. Acest lucru este necesar pentru a demonta și conecta în continuare rețelele. Masca este, de asemenea, pe 32 de biți. Acolo unde reprezintă o valoare binară, acei biți determină adresa rețelei. Orice dispozitiv va putea determina adresa rețelei efectuând o operație binară ȘI între mască și adresa IP. Pentru o adresă IP de clasă C, primii 24 de biți ai măștii sunt singuri și ultimii opt biți sunt 0. Dacă acest lucru este descris ca de obicei pentru adresele IP, valoarea măștii este 255.255.255.0

În cadrul unei clase de adrese IP, nu puteți specifica o adresă de gazdă care să conțină doar zerouri și unele. Acestea sunt adrese rezervate. O gazdă all-zero este adresa de rețea, în timp ce o gazdă complet închisă este așa-numita adresă de difuzare la care, atunci când este trimis un mesaj, primesc toate mașinile din acea rețea.

Dacă doriți să vă conectați rețeaua la o altă rețea, trebuie să introduceți o altă adresă, adresa implicită a gateway-ului. Aceasta va fi adresa unei stații care este conectată la propria noastră rețea și la alta. De obicei, aceasta este prima adresă de gazdă disponibilă sau ultima. Dar vă puteți abate de la acest lucru în mod arbitrar.

Adresa mac

Fiecare dispozitiv de rețea are o adresă fizică. Aceasta va identifica dispozitivul într-o rețea. Acesta este un număr de 48 de biți specificat în format hexazecimal, separat printr-o cratimă per octet. Cei 24 de biți ai numărului identifică producătorul și/sau distribuitorul dispozitivului. Alocarea acestei părți a secvenței numerice este supravegheată de o organizație internațională, în timp ce producătorul este responsabil pentru alocarea celor 24 de biți rămași. Pentru unele sisteme și dispozitive de operare, acest lucru poate fi suprascris de software din mai multe motive. Dacă există două mașini cu aceeași adresă fizică într-o rețea, aceasta cauzează probleme grave.

TCP/UDP

Protocolul IP oferă numai adresarea logică a gazdelor. Nu mai este mesajul să ajungă de la expeditor la receptor, deoarece aceasta este sarcina protocolului de livrare. Cele mai comune protocoale de transport sunt TCP și UDP. Deși UDP a dispărut în mare măsură în ultimii ani, se poate spune că este aproape dispărut.

Protocolul TCP împarte mesajele care trebuie trimise în bucăți de până la 64 KB și apoi redirecționează aceste pachete. Protocolul garantează livrarea fără erori a mesajelor. Mașina primitoare trimite un feedback expeditorului după fiecare pachet primit. Dacă pachetul se pierde în timpul transmiterii, expeditorul va retrimite pachetul.

UDP este un protocol fără conexiune. Aceasta înseamnă că expeditorul renunță la pachet, dar nu solicită receptorului feedback la primire. Astfel, livrarea mesajelor nu este garantată, dar din moment ce o sumă de control este inclusă în fiecare pachet, aceasta permite detectarea livrării incorecte. Acest protocol de livrare este utilizat în cea mai mare parte în locurile în care retransmisia mesajului poate fi rezolvată cu ușurință printr-o recuperare simplă. De exemplu, serviciul DNS comunică cu transportul UDP.

Serviciul DNS vă permite să evitați să memorați adresele IP numerice. Vă permite să vă adresați computerelor după numele și domeniul lor. Un serviciu DNS rupe o rețea într-un domeniu suprapus, cu niveluri, denumit.

Din punct de vedere tehnic, DNS nu este altceva decât o bază de date partajată. Termenul partajat pentru baze de date înseamnă că datele nu sunt stocate pe o singură mașină.

Într-o configurație de rețea, trebuie să introduceți întotdeauna adresa unui server DNS. Solicitările noastre de rezoluție a numelui vor fi trimise către acest server. Dacă datele solicitate nu sunt găsite pe acel server, serverul redirecționează solicitarea către un server care are informații despre adresa asociată cu numele.

Pentru ca o rețea să funcționeze, este esențial ca mașinile conectate la rețea să utilizeze aceeași clasă de adrese. Configurarea manuală este incomodă pentru multe mașini. De aceea a fost inventat protocolul DHCP, care permite configurarea centrală și atribuirea automată a adreselor pe baza adresei MAC.

Porturi

Adresele IP sunt utilizate pentru a identifica mașini individuale, iar porturile sunt utilizate pentru a identifica programele implicate în comunicațiile de rețea. Adresarea porturilor este de 16 biți, adică există un total de 65536 porturi. Alocarea porturilor pentru primele 1024 de porturi este rezervată pentru aplicații predefinite de comun acord. Alocarea porturilor suplimentare este dinamică, ceea ce înseamnă că aplicația alocă acel port atât timp cât aveți nevoie de acesta și apoi îl eliberați. Această soluție împiedică comunicarea serviciilor de rețea populare și importante. Tabelul următor rezumă porturile utilizate de serviciile și programele majore: