Локальные сети

Если в офисе или квартире установлено несколько компьютеров, часто возникает необходимость в передаче данных между различными устройствами. Чтобы не ходить с флеш-картами между ПК или ноутбуками, настраивают локальную вычислительную сеть или ЛВС. Без нее не обойтись, если, например, необходимо организовать доступ к единой базе данных, системе бухгалтерского или управленческого учета.

В отличие от глобальной сети (интернета) локальная действует в пределах офиса, здания, кабинета, квартиры. При этом ЛВС может состоять из нескольких уровней. Если их два и более, для организации передачи данных между ПК требуются маршрутизаторы, свитчи, иные коммутаторы. Купить их можно в «ООО Айтипекс». Объединение активного сетевого оборудования в одну ЛВС выполняется разными способами:

  •  на беспроводном уровне, при помощи Wi-Fi или Bluetooth;
  •  с применением стандартного (витая пара) или оптоволоконного кабеля. 

Топология ЛВС

Прежде чем покупать оборудование и кабель для организации локальной сети, необходимо определиться с ее топологией или структурой. Наибольшей популярностью пользуются варианты: шина, звезда и кольцо.

Топология «шина»

Основа сети — единый кабель, оснащенный по краям заглушками. Они не позволяют сигналу отражаться. К этому кабелю подключаются все ПК.

Шина работает по следующему принципу:

  •  кто-либо из пользователей с помощью своей рабочей станции формирует запрос, например, на получение нужных данных либо отправляет сообщение;
  •  запрос или сигнал принимается абсолютно всеми компьютерами, подключенными к шине. Каждый ПК проверяет, кому адресовано сообщение. Реагирует на сигнал только непосредственный получатель.

Чтобы не возникали коллизии, все компьютеры перед отправкой своего сообщения проверяют шину на наличие более ранних сигналов. Подобная топология имеет больше минусов, чем плюсов. Производительность — очень низкая. Если шину повредить, сети не будет вообще, либо часть рабочих станций остается без связи. Нормальное взаимодействие нарушается.

Топология «кольцо»

Данный тип ЛВС предполагает, что любой компьютер из сети может передавать данные только двум соседним, соединенным с ним. Если нужно отправить сигнал иной станции, сообщение будет пересылаться по кругу, пока не достигнет адресата. Все остальные ПК повторяют сигнал.

Топология «кольцо» имеет как плюсы, так и минусы. К первым можно отнести более высокую производительность, чем у линейной конфигурации. Максимально в сети данного типа может работать до 1000 ПК. Основной недостаток в том, что при обрыве провода нарушается работа всей сети. Она перестает существовать. Обмен данными между ПК будет невозможен.

Топология «звезда»

Данная топология предполагает, что компьютеры передают данные друг другу через «посредника» — коммутатор. Все высоконагруженные ЛВС от «ООО Айтипекс», состоящие из нескольких уровней, строятся именно на основе топологии «звезда». Основная задача обслуживающего персонала в этом случае — следить за тем, чтобы свитч не выходил из строя. Если будет поломка, вся сеть или ее часть, подключенная конкретно к этому коммутатору, не будет работать. Плюс в том, что функционирование всей сети никак не зависит от конкретных ПК. Они могут быть отключены, находиться на ремонте.

MAC-адрес, IP-адрес и маска подсети: что скрывают эти понятия?

Только определиться с топологией для монтажа ЛВС недостаточно. Необходимо понимать, что представляют собой IP-адрес, MAC-адрес и маска подсети.

MAC-адресом называют идентификатор, присваиваемый компьютеру или иному активному сетевому оборудованию. Без MAC-адресов невозможно организовать ЛВС на физическом уровне. Пользователь никак не задаетMAC-адрес. Он уже вшит в сетевую карту еще на этапе производства. В крайних случаях адрес меняют, используя специальные программы. Пример MAC-адреса: 00:41:25:7a:75:89.

Под IP-адресом понимают уникальный теперь уже сетевой адрес, присваиваемый конкретному ПК или узлу в локальной или глобальной сети. Пример IP-адреса — 188.285.1.96. Каждая группа цифр имеет свое значение:

  •  первые три группы позволяют идентифицировать сеть;
  •  последняя — это порядковый номер устройства уже в рамках заданной сети. 

В грубом приближении IP-адрес сопоставляют с почтовыми адресами. Пользователь, подписывая конверт, указывает, страну или регион, населенный пункт, улицу и дом.

На первых этапах применяли IP-адреса 4-ой версии (Ipv4). Они работали с протоколом TCP/IP 4-й версии. Но по мере роста глобальных и локальных сетей данного диапазона адресов стало не хватать. На текущий момент времени актуальны адреса 6-й версии — Ipv6, работающие совместно с протоколом такой же серии.

Маской подсети называют особую запись, при помощи которой на основе IP-адреса определяют адреса как подсети, так и конкретного ПК, входящего в нее. Например, маска подсети может быть записана так — 255.255.255.0. Далее мы расскажем, как вычислить IP-адрес компьютера.

ARP протоколы и организация взаимодействия компьютеров в сети

Под ARP понимают специальный протокол, позволяющий узнать MAC-адрес компьютера или иного устройства на базе IP-адреса. Например, ЛВС в офисе объединяет десять рабочих станций. Двум сотрудникам нужно обменяться данными, но в распоряжении есть только IP-адрес. Но пересылка данных предполагает знание именно MAC-адреса.

Как поступают в такой ситуации. Компьютер формирует широкополосный запрос и отправляет его всем ПК, подключенным к данной сети. Сигнал принимается рабочей станцией с нужным IP-адресом. В ответном сообщении он высылает свой MAC-адрес. Только после этого становится возможным непосредственно обмен пакетами данных.

Сетевые коммутаторы и маршрутизаторы (роутеры)

Маршрутизаторы и коммутаторы от «ITPEX LLC» помогают организовать взаимодействие на уровне отдельных компьютеров и иного сетевого оборудования. В чем разница между маршрутизаторами и коммутаторами. Первые для пересылки данных используют IP-адреса, вторые — MAC-адреса.

В памяти коммутатора хранится таблица с MAC-адресами ПК, иных устройств, подключенных к его портам. На первом этапе таблица не содержит никакой информации. Заполнение происходит по мере подключения оборудования. Далее при пересылке пакетов данных коммутатор сравнивает адрес получателя с данными из своей таблицы. Это позволяет не опрашивать все компьютеры и увеличивает общее быстродействие сети.

Маршрутизатор также хранит в памяти таблицу, но уже с IP-адресами устройств. Если работа ведется на основе протокола динамического конфигурирования сети или ее узла (DHCP), маршрутизатор может самостоятельно присваивать IP-адреса компьютерам, входящим в сеть. Цель введения адресов — максимально быстрая передача данных между пользователями, отдельными узлами сети, в том числе принадлежащими разным сегментам сложной сети, состоящей из нескольких уровней. Архитектура самой сети или подсетей значения не имеет. Например, благодаря роутерам пользователи ЛВС могут выходить в интернет, подключаясь к сети выбранного провайдера.

Например, маршрутизация может осуществляться следующим образом:

Маршрутизатор принимает пакет, предназначенный для ПК с IP-адресом 188.285.1.58. Далее он просматривает собственную таблицу адресов и выясняет, что при наложении маски подсети 255.255.255.0 на присланный IP-адрес определяется нужное устройство. Именно ему роутер и перешлет пакет, присланный извне.

Как вычислить IP-адрес ПК или сети?

Узнать IP-адрес можно при наличии маски подсети. Мы ранее упоминали, что IP-адрес записывается, например, в виде 188.285.1.58. Этот формат называется десятичным. На практике же компьютеры работают с данными в двоичном формате. Соответственно, IP-адрес будет представлен в виде последовательности единиц и нолей. Например, IP-адрес будет иметь вид 10111001.01111111.11111110.11000111. В двоичном формате будет записана и маска, например, 00000000.10101011.01010101.00111111.

Что далее? Вне зависимости от того, по какому адресу пересылается пакет (188.285.1.96 или 188.285.1.54), если на него наложить маску подсети, на выходе получаем результат 188.285.1.0. Причина в том, что записи сравниваются побитно. Если операция имеет вид 1х1, на выходе получается 1. При перемножении 0 и 1 в любой последовательности на выходе будет 0.

Ранее уже сказано, что адрес конкретного ПК в сети задается последней группой цифр в IP-адресе. Нельзя забывать, что в любой подсети два адреса будут недоступны. Сама сеть имеет собственный IP-адрес — 188.285.1.0. Нельзя использовать и адрес 188.285.1.255. Он является служебным и предназначен для пересылки пакетов данных, предназначенных всем.

Что такое NAT?

В рамках этой статьи узнаем, что понимается под NAT. Ранее уже сказано, что при помощи маршрутизатора можно не только организовать взаимодействие между ПК в рамках одной сети, но и получать доступ к интернету через сети провайдера.

Но при этом возникает проблема. Например, недоступны IP-адреса, присвоенные компьютерам, входящим в данную сеть. С их помощью можно обмениваться пакетами данных в пределах ЛВС.

Для решения данной проблемы любому роутеру, в том числе приобретенному в «ITPEX LLC», присваиваются внешний и внутренний IP-адреса. Первый — 188.285.1.0, о котором уже сказано ранее. Второй маршрутизатору присваивает провайдер. Это может быть, например, 98.165.258.69. Именно с этим адресом будет работать маршрутизатор, если ему необходимо отправить пакет во внешнюю сеть или получить данные из сторонних источников. Но при этом необходимо один адрес подменять другим. Сделать это и помогает NAT. Полное наименование — Network Address Translation. Этот механизм встроен в TCP/IP-протокол и позволяет проводить замену IP-адресов в зависимости от того, в какой среде идет обмен пакетами данных.

NAT работает по следующему принципу: если пользователь собирается отправить пакет во внешнюю среду, роутер вместо адреса конкретного ПК подставляет свой. Если же пользователь запрашивает данные из интернета, происходит обратная подмена адресов. Пакет пересылается на ПК, с которого исходил запрос.