Основы работы в сети. Часть 1. Сетевое оборудование

В прошлом все статьи, написанные мной для этого веб-сайта, предназначались для использования администраторами, имеющими хоть какой-то опыт. Однако в последнее время поступили запросы на статьи, предназначенные для тех, кто только начинает работать в сети и не имеет абсолютно никакого опыта. Эта статья будет первой в серии, предназначенной для новичков. В этой серии статей я начну с абсолютных основ и буду работать над созданием функциональной сети. В этой статье я начну с обсуждения некоторых различных сетевых компонентов и того, что они делают.

Сетевые адаптеры

Первое аппаратное обеспечение, которое я хочу обсудить, — это сетевой адаптер. Существует множество различных названий сетевых адаптеров, включая сетевые карты, карты сетевого интерфейса, сетевые карты. Все это общие термины для одного и того же оборудования. Задача сетевой карты — физически подключить компьютер к сети, чтобы компьютер мог участвовать в сетевых коммуникациях.

Первое, что вам нужно знать о сетевых картах, это то, что сетевая карта должна соответствовать сетевой среде. Сетевая среда относится к типу кабелей, которые используются в сети. Беспроводные сети — это отдельная наука, и я расскажу о них в отдельной статье.

В свое время убедиться, что сетевая карта соответствует сетевой среде, было очень важно, потому что существовало большое количество конкурирующих стандартов. Например, прежде чем вы построили сеть и начали покупать сетевые карты и кабели, вам нужно было решить, будете ли вы использовать Ethernet, коаксиальный Ethernet, Token Ring, Arcnet или один из других сетевых стандартов того времени. Каждая сетевая технология имела свои сильные и слабые стороны, и было важно выяснить, какая из них наиболее подходит для вашей организации.

Сегодня большинство сетевых технологий, о которых я упоминал выше, быстро вымирают. Практически единственным типом проводной сети, используемым малым и средним бизнесом, является Ethernet. Вы можете увидеть пример сетевой карты Ethernet, показанный на рисунке A.

Рисунок A. Так выглядит карта Ethernet

В современных сетях Ethernet используется витая пара, содержащая восемь проводов. Эти провода расположены в особом порядке, а на конец кабеля обжат разъем RJ-45. Кабель RJ-45 выглядит как разъем на конце телефонного шнура, но больше. В телефонных шнурах используются разъемы RJ-11, а не разъемы RJ-45, которые используются кабелем Ethernet. Вы можете увидеть пример кабеля Ethernet с разъемом RJ-45, показанный на рисунке B.

Рисунок B. Это кабель Ethernet с установленным разъемом RJ-45.

Концентраторы и коммутаторы

Как видите, компьютеры используют сетевые карты для отправки и получения данных. Данные передаются по кабелям Ethernet. Однако обычно вы не можете просто проложить кабель Ethernet между двумя компьютерами и назвать его сетью.

В наши дни и в эпоху высокоскоростного доступа в Интернет, доступного почти повсеместно, вы, как правило, часто слышите термин «широкополосный доступ». Широкополосная сеть — это тип сети, в которой данные отправляются и принимаются по одному и тому же проводу. Напротив, Ethernet использует связь в основной полосе частот. Baseband использует отдельные провода для отправки и получения данных. Это означает, что если один ПК отправляет данные по определенному проводу в кабеле Ethernet, то ПК, который получает данные, должен перенаправить провод на свой принимающий порт.

Таким образом, вы можете объединить два компьютера в сеть. Вы можете создать так называемый перекрестный кабель. Перекрестный кабель — это просто сетевой кабель, у которого передающий и принимающий провода перепутаны на одном конце, так что два ПК могут быть напрямую связаны друг с другом.

Проблема с использованием перекрестного кабеля для построения сети заключается в том, что сеть будет ограничена использованием не более и не менее двух ПК. Вместо перекрестного кабеля в большинстве сетей используются обычные кабели Ethernet, в которых передающие и принимающие провода не перепутаны на одном конце.

Конечно, отправляющий и принимающий провода в какой-то момент должны быть перепутаны местами, чтобы связь была успешной. Это работа концентратора или коммутатора. Концентраторы начинают вымирать, но я хочу рассказать о них в любом случае, потому что это облегчит объяснение коммутаторов позже.

Существуют разные типы концентраторов, но в целом концентратор — это не что иное, как коробка с кучей портов RJ-45. Каждый компьютер в сети будет подключен к концентратору через кабель Ethernet. Вы можете увидеть изображение концентратора, показанное на рисунке C.

Рисунок C. Концентратор — это устройство, которое действует как центральная точка подключения для компьютеров в сети.

У концентратора две разные задачи. Его первая задача — обеспечить центральную точку подключения для всех компьютеров в сети. Каждый компьютер подключается к концентратору (несколько концентраторов могут быть соединены последовательно, если это необходимо для размещения большего количества компьютеров).

Другая задача концентратора — расположить порты таким образом, чтобы, если ПК передает данные, данные отправлялись по принимающим проводам другого компьютера.

Прямо сейчас вам может быть интересно, как данные попадают в правильное место назначения, если к концентратору подключено более двух компьютеров. Секрет кроется в сетевой карте. Каждая карта Ethernet запрограммирована на заводе с уникальным адресом управления доступом к среде (MAC). Когда компьютер в сети Ethernet передает данные по сети Ethernet, содержащей ПК, подключенные к концентратору, данные фактически отправляются на каждый компьютер в сети. Когда каждый компьютер получает данные, он сравнивает адрес назначения со своим MAC-адресом. Если адреса совпадают, то компьютер знает, что он является предполагаемым получателем, в противном случае он игнорирует данные.

Как видите, когда компьютеры подключены через концентратор, каждый пакет отправляется на каждый компьютер в сети. Проблема в том, что любой компьютер может отправить передачу в любой момент времени. Вы когда-нибудь участвовали в телефонной конференции и случайно начинали говорить в то же время, что и кто-то другой? Это то же самое, что происходит в этом типе сети.

Когда компьютеру необходимо передать данные, он проверяет, не отправляют ли данные другие компьютеры в данный момент. Если линия свободна, она передает необходимые данные. Однако, если в то же время другой компьютер пытается установить связь, то пакеты данных, перемещающиеся по проводу, сталкиваются и уничтожаются (поэтому этот тип сети иногда называют доменом коллизий). Затем оба ПК должны ждать случайное количество времени и пытаться повторно передать пакет, который был уничтожен.

По мере увеличения количества ПК в домене коллизий увеличивается и количество коллизий. По мере увеличения количества коллизий эффективность сети снижается. Вот почему коммутаторы почти полностью заменили концентраторы.

Коммутатор, подобный показанному на рис. D, выполняет все те же основные задачи, что и концентратор. Разница заключается в том, что когда ПК в сети необходимо установить связь с другим ПК, коммутатор использует набор внутренних логических цепей для установления выделенного логического пути между двумя ПК. Это означает, что два ПК могут свободно общаться друг с другом, не беспокоясь о коллизиях.

Рисунок D. Коммутатор очень похож на концентратор, но работает по-другому.

Коммутаторы значительно повышают эффективность сети. Да, они устраняют столкновения, но это еще не все. Благодаря тому, как работают коммутаторы, они могут устанавливать параллельные каналы связи. Например, только потому, что компьютер A обменивается данными с компьютером B, нет никаких причин, по которым компьютер C не может одновременно обмениваться данными с компьютером D. В домене коллизий эти типы параллельных коммуникаций были бы невозможны, поскольку они привели бы к конфликтам.

Вывод

В этой статье я обсудил некоторые основные компоненты, составляющие простую сеть. Во второй части я продолжу обсуждение основного сетевого оборудования.