Основы компьютерных сетей для чайников. Как устроен интернет мифы и реальность
К оборудованию относятся клиент, сервер и сетевое оборудование. Их назначение состоит в передаче данных, которые могут являться абсолютно любой информацией от обычного текста до длительного видео.
Под клиентом подразумевается персональный компьютер, ноутбук, телефон или любое другое устройство, которое способно отправлять запросы на получение информации из сети, принимать ответы на них и отображать их в доступном виде. Под сервером понимается то место, где информация хранится. Это базы данных, которые отвечают на запросы клиента и передают ему то, чем он интересуется. Сетевое оборудование – это канал, который соединяет сервер и клиента.
Как происходит передача информации
Если рассмотреть суть работы глобальной сети схематически, то она будет выглядеть следующим образом. Клиент направляет на сервер запрос на информацию. Этот запрос передается на обработку через сетевое оборудование на сервер. После получения сервер сформирует ответ на вопрос и отправит его обратно по сетевому оборудованию клиенту. Так получается схема взаимодействия между клиентом и сервером. Для того чтобы эта схема бесперебойно работала, сервер должен круглосуточно находиться в рабочем состоянии, иначе информация, которая хранится в его владении, будет недоступна.Как работает сетевое оборудование
Для того чтобы клиент и сервер могли взаимодействовать между собой, используется сетевое оборудование: модемы, маршрутизаторы, коммутаторы и каналы связи.Модем работает посредством переработки информации из цифрового вида в аналоговые сигналы и наоборот, после чего он передает ее по оптическим каналам связи.
Маршрутизаторы работают посредством хранения «таблицы маршрутизации», в которой содержатся пакеты для передачи данных и соответствующие им адреса.
Коммутатор передает информацию между устройствами, которые подключены к нему напрямую на небольшом расстоянии с помощью специального кабеля. Как правило, коммутаторы используются для создания локальных сетей, поэтому для работы в интернете применяют модемы и маршрутизаторы.
Протокол TCP/IP или как работает Интернет для чайников:
В основе работы глобальной сети Интернет лежит набор (стек) протоколов TCP/IP - это простой набор хорошо известных правил обмена информацией.
Вам приходилось наблюдать панику и полную беспомощность бухгалтера при смене версии офисного софта - при малейшем изменении последовательности кликов мышки, требуемых для выполнения привычных действий? Или приходилось видеть человека, впадающего в ступор при изменении интерфейса рабочего стола? Вот для того, чтобы не быть лохом необходимо понимание сути. Основе информации дают вам возможность чувствовать себя уверенно и свободно - быстро решать проблемы, грамотно формулировать вопросы и нормально общаться с техподдержкой.
Принципы работы интернет-протоколов TCP/IP
по своей сути просты и напоминают работу советской почты:
Сначала вы пишете письмо, затем кладете его в конверт, заклеиваете, на обратной стороне конверта пишете адреса отправителя и получателя, а потом относите в ближайшее почтовое отделение. Далее письмо проходит через цепочку почтовых отделений до ближайшего почтового отделения получателя, откуда оно тетей-почтальоном доставляется до по указанному адресу получателя и опускается в его почтовый ящик (с номером его квартиры) или вручается лично. Когда получатель письма захочет вам ответить, то он в своем ответном письме поменяет местами адреса получателя и отправителя, и письмо отправиться к вам по той же цепочке, но в обратном направлении.
Адрес отправителя:
От кого: Иванов Иван Иванович
Откуда: Ивантеевка, ул. Большая, д. 8, кв. 25
Адрес получателя:
Кому: Петров Петр Петрович
Куда: Москва, Усачевский переулок, д. 105, кв. 110
Рассмотрим взаимодействие компьютеров и приложений в сети Интернет, да и в локальной сети тоже. Аналогия с обычной почтой будет почти полной.
Каждый компьютер (он же: узел, хост) в рамках сети Интернет тоже имеет уникальный адрес, который называется IP (Internet Pointer), например: 195.34.32.116. IP адрес состоит из четырех десятичных чисел (от 0 до 255), разделенных точкой. Но знать только IP адрес компьютера еще недостаточно, т.к. в конечном счете обмениваются информацией не компьютеры сами по себе, а приложения, работающие на них. А на компьютере может одновременно работать сразу несколько приложений (например почтовый сервер, веб-сервер и пр.). Для доставки обычного бумажного письма недостаточно знать только адрес дома - необходимо еще знать номер квартиры. Также и каждое программное приложение имеет подобный номер, именуемый номером порта. Большинство серверных приложений имеют стандартные номера, например: почтовый сервис привязан к порту с номером 25 (еще говорят: «слушает» порт, принимает на него сообщения), веб-сервис привязан к порту 80, FTP - к порту 21 и так далее. Таким образом имеем следующую практически полную аналогию с нашим обычным почтовым адресом: "адрес дома" = "IP компьютера", а "номер квартиры" = "номер порта"
Адрес отправителя (Source address):
IP: 82.146.49.55
Port: 2049
Адрес получателя (Destination address):
IP: 195.34.32.116
Port: 53
Данные пакета:
...
Конечно же в пакетах также присутствует служебная информация, но для понимания сути это не важно.
Комбинация "IP адрес и номер порта" - называется "сокет"
.
В нашем примере мы с сокета 82.146.49.55:2049 посылаем пакет на сокет 195.34.32.116:53, т.е. пакет пойдет на компьютер, имеющий IP адрес 195.34.32.116, на порт 53. А порту 53 соответствует сервер распознавания имен (DNS-сервер), который примет этот пакет. Зная адрес отправителя, этот сервер сможет после обработки нашего запроса сформировать ответный пакет, который пойдет в обратном направлении на сокет отправителя 82.146.49.55:2049, который для DNS сервера будет являться сокетом получателя.
Как правило взаимодействие осуществляется по схеме «клиент-сервер»: "клиент" запрашивает какую-либо информацию (например страницу сайта), сервер принимает запрос, обрабатывает его и посылает результат. Номера портов серверных приложений общеизвестны, например: почтовый SMTP сервер «слушает» 25-й порт, POP3 сервер, обеспечивающий чтение почты из ваших почтовых ящиков «слушает» 110-порт, веб-сервер - 80-й порт и пр. Большинство программ на домашнем компьютере являются клиентами - например почтовый клиент Outlook, веб-обозреватели IE, FireFox и пр. Номера портов на клиенте не фиксированные как у сервера, а назначаются операционной системой динамически. Фиксированные серверные порты как правило имеют номера до 1024 (но есть исключения), а клиентские начинаются после 1024.
IP - это адрес компьютера (узла, хоста) в сети, а порт - номер конкретного приложения, работающего на этом компьютере. Однако человеку запоминать цифровые IP адреса трудно - куда удобнее работать с буквенными именами. Ведь намного легче запомнить слово, чем набор цифр. Так и сделано - любой цифровой IP адрес можно связать с буквенно-цифровым именем. В результате например вместо 82.146.49.55 можно использовать имя www.ofnet.ru. А преобразованием доменного имени в цифровой IP адрес занимается сервис доменных имен - DNS (Domain Name System).
Набираем в адресной строке браузера доменное имя www.yandex.ru и жмем. Далее операционная система производит следующие действия:
- Отправляется запрос (точнее пакет с запросом) DNS серверу на сокет 195.34.32.116:53.
Порт 53 соответствует DNS-серверу - приложению, занимающемуся распознаванием имен. А DNS-сервер, обработав наш запрос, возвращает IP-адрес, который соответствует введенному имени. Диалог следующий: Какой IP адрес соответствует имени www.yandex.ru? Ответ: 82.146.49.55.
- Далее наш компьютер устанавливает соединение с портом 80 компьютера 82.146.49.55 и посылает запрос (пакет с запросом) на получение страницы www.yandex.ru. 80-й порт соответствует веб-серверу. В адресной строке браузера 80-й порт не пишется, т.к. используется по умолчанию, но его можно и явно указать после двоеточия - http://www.yandex.ru:80 .
- Приняв от нас запрос, веб-сервер обрабатывает его и в нескольких пакетах посылает нам страницу в на языке HTML - языке разметки текста, который понимает браузер. Наш браузер, получив страницу, отображает ее. В результате мы видим на экране главную страницу этого сайта.
Зачем мне это знать?
Например, вы заметили странное поведение своего компьютера - непонятная сетевая активность, тормоза и пр. Что делать? Открываем консоль (нажимаем кнопку «Пуск» - «Выполнить» - набираем cmd - «Ок»). В консоли набираем команду netstat -an и жмем. Эта утилита отобразит список установленных соединений между сокетами нашего компьютера и сокетами удаленных узлов.
Если мы видим в колонке «Внешний адрес» какие-то чужие IP адреса, а через двоеточие 25-й порт, что это может означать? (Помните, что 25-й порт соответствует почтовому серверу?) Это означает то, что ваш компьютер установил соединение с каким-то почтовым сервером (серверами) и шлет через него какие-то письма. И если ваш почтовый клиент (Outlook например) в это время не запущен, да если еще таких соединений на 25-й порт много, то, вероятно, в вашем компьютере завелся вирус, который рассылает от вашего имени спам или пересылает номера ваших кредитных карточек вкупе с паролями злоумышленникам.
Также понимание принципов работы Интернета необходимо для правильной настройки файерволла (брандмауэра) - программа (часто поставляется вместе с антивирусом), предназначенна для фильтрации пакетов "своих" и "вражеских". Например, ваш фаерволл сообщает, что некто хочет установить соединение с каким-либо портом вашего компьютера. Разрешить или запретить?
Все эти знания крайне полезны при общении с техподдержкой - список портов
, с которыми вам придется столкнуться:
135-139
- эти порты используются Windows для доступа к общим ресурсам компьютера - папкам, принтерам. Не открывайте эти порты наружу, т.е. в районную локальную сеть и Интернет. Их следует закрыть фаерволлом. Также если в локальной сети вы не видите ничего в сетевом окружении или вас не видят, то вероятно это связано с тем, что фаерволл заблокировал эти порты. Таким образом для локальной сети эти порты должны быть открыты, а для Интернета закрыты.
21
- порт FTP сервера.
25
- порт почтового SMTP сервера. Через него ваш почтовый клиент отправляет письма. IP адрес SMTP сервера и его порт (25-й) следует указать в настройках вашего почтового клиента.
110
- порт POP3 сервера. Через него ваш почтовый клиент забирает письма из вашего почтового ящика. IP адрес POP3 сервера и его порт (110-й) также следует указать в настройках вашего почтового клиента.
80
- порт WEB-сервера.
3128, 8080
- прокси-серверы (настраиваются в параметрах браузера).
Несколько специальных IP адресов:
127.0.0.1
- это localhost, адрес локальной системы, т.е. локальный адрес вашего компьютера.
0.0.0.0
- так обозначаются все IP-адреса.
192.168.xxx.xxx
- адреса, которые можно произвольно использовать в локальных сетях, в глобальной сети Интернет они не используются. Они уникальны только в рамках локальной сети. Адреса из этого диапазона вы можете использовать по своему усмотрению, например, для построения домашней или офисной сети.
Что такое маска подсети и шлюз по умолчанию
, он же роутер и маршрутизатор? Эти параметры задаются в настройках сетевых подключений. Компьютеры объединяются в локальные сети. В локальной сети компьютеры напрямую «видят» только друг друга. Локальные сети соединяются друг с другом через шлюзы (роутеры, маршрутизаторы). Маска подсети предназначена для определения - принадлежит ли компьютер-получатель к этой же локальной сети или нет. Если компьютер-получатель принадлежит этой же сети, что и компьютер-отправитель, то пакет передается ему напрямую, в противном случае пакет отправляется на шлюз по умолчанию, который далее, по известным ему маршрутам, передает пакет в другую сеть, т.е. в другое почтовое отделение (по аналогии с бумажной почтой). Итак:
TCP/IP
- это название набора сетевых протоколов. На самом деле передаваемый пакет проходит несколько уровней. (Как на почте: сначала вы пишете писмо, потом помещаете в конверт с адресом, затем на почте на нем ставится штамп и т.д.).
IP протокол
- это протокол так называемого сетевого уровня. Задача этого уровня - доставка ip-пакетов от компьютера отправителя к компьютеру получателю. Помимо собственно данных, пакеты этого уровня имеют ip-адрес отправителя и ip-адрес получателя. Номера портов на сетевом уровне не используются. Какому порту=приложению адресован этот пакет, был ли этот пакет доставлен или был потерян, на этом уровне неизвестно - это не его задача, это задача транспортного уровня.
TCP и UDP
- это протоколы так называемого транспортного уровня. Транспортный уровень находится над сетевым. На этом уровне к пакету добавляется порт отправителя и порт получателя.
TCP
- это протокол с установлением соединения и с гарантированной доставкой пакетов. Сначала производится обмен специальными пакетами для установления соединения, происходит что-то вроде рукопожатия (-Привет. -Привет. -Поболтаем? -Давай.). Далее по этому соединению туда и обратно посылаются пакеты (идет беседа), причем с проверкой, дошел ли пакет до получателя. Если пакет не дошел, то он посылается повторно («повтори, не расслышал»).
UDP
- это протокол без установления соединения и с негарантированной доставкой пакетов. (Типа: крикнул что-нибудь, а услышат тебя или нет - неважно).
Над транспортным уровнем находится прикладной уровень. На этом уровне работают такие протоколы, как http, ftp и пр. Например HTTP и FTP
- используют надежный протокол TCP, а DNS-сервер работает через ненадежный протокол UDP.
Как посмотреть текущие соединения?
- с помощью команды netstat -an (параметр n указывает выводить IP адреса вместо доменных имен). Запускается эта команда следующим образом: «Пуск» - «Выполнить» - набираем cmd - «Ок». В появившейся консоли (черное окно) набираем команду netstat -an и жмем. Результатом будет список установленных соединений между сокетами нашего компьютера и удаленных узлов. Например получаем:
В этом примере 0.0.0.0:135 - означает, что наш компьютер на всех своих IP адресах слушает (LISTENING) 135-й порт и готов принимать на него соединения от кого угодно (0.0.0.0:0) по протоколу TCP.
91.76.65.216:139 - наш компьютер слушает 139-й порт на своем IP-адресе 91.76.65.216.
Третья строка означает, что сейчас установлено (ESTABLISHED) соединение между нашей машиной (91.76.65.216:1719) и удаленной (212.58.226.20:80). Порт 80 означает, что наша машина обратилась с запросом к веб-серверу (у меня, действительно, открыты страницы в браузере).
(с) Вольные сокращения статьи мои.
(с) Дубровин Борис
Домашняя локальная сеть становится все более обыденным и привычным явлением. Прошли те времена, когда при фразе «локальная сеть» перед глазами возникал образ небритого бородатого системного администратора, любящего пиво и шокирующего непонятными терминами. Во многих семьях у каждого члена семьи есть свой компьютер, и многие задумываются о том, как объединить все компьютеры в единую домашнюю сеть. Создать домашнюю локальную сеть не сложно, и цикле статьей на сайт описываются все необходимые аппаратные и программные средства, позволяющие создать высокоэффективную домашнюю сеть.
Из чего состоит локальная сеть
В общем случае, любая сеть состоит из нескольких компьютеров (2 и больше), предоставляющих совместный доступ к своим устройствам или программам. Сеть делает возможным взаимодействие компьютеров и установленных на них программ, за счет чего пользователи компьютеров могут работать совместно в единой сетевой среде.
Под совместным доступом можно понимать возможность единовременного или последовательного доступа нескольких пользователей к одному ресурсу или устройству. Например, в домашней сети совместный доступ может быть реализован к принтеру, сканеру, оптическому накопителю, модему, факсу, какой-либо программе, а также Интернету. Классический пример совместного доступа – это сетевая компьютерная игра, когда каждый компьютер имеет доступ к версии компьютерной игры на другом компьютере.
Существует несколько типов сетей, и локальная сеть – лишь одна из них. Локальная сеть представляет собой, по сути, сеть, используемую в одном здании или отдельном помещении, таком как квартира, для обеспечения взаимодействия используемых в них компьютеров и программ. Локальные сети, расположенные в разных зданиях, могут быть соединены между собой с помощью спутниковых каналов связи или волоконно-оптических сетей, что позволяет создать глобальную сеть, т.е. сеть, включающую в себя несколько локальных сетей.
Интернет является еще одним примером сети, которая уже давно стала всемирной и всеобъемлющей, включающей в себя сотни тысяч различных сетей и сотни миллионов компьютеров. Независимо от того, как вы получаете доступ к Интернету, с помощью модема, локального или глобального соединения, каждый пользователь Интернета является фактически сетевым пользователем. Для работы в Интернете используются самые разнообразные программы, такие как обозреватели Интернета, клиенты FTP, программы для работы с электронной почтой и многие другие.
Для совместной работы даже двух компьютеров недостаточно каким-то образом соединить их между собой. Для того чтобы физическое соединение стало работоспособным, необходимо использовать специальные сетевые программы. Итак, рассмотрим, что включает в себя каждая сеть:
- физические объекты сетевого взаимодействия, т.е. компьютеры или другие сетевые устройства (например, КПК или мобильные телефоны, имеющие сетевые интерфейсы);
- физическое соединение (кабель) или беспроводное соединение (инфракрасное или радиочастотное) между компьютерами или другими устройствами;
- операционная система, с помощью которой организовывается совместный доступ к компьютерам и/или другим устройствам; это может быть как домашняя операционная Windows XP/Vista/7, так и специализированная сетевая операционная система Windows Server.
- общий набор используемых сетевых протоколов;
- сетевые клиенты, т.е. программы, с помощью которых один компьютер может получить доступ к другому компьютеру.
Давайте посмотрим, для чего может использоваться сеть обычными домашними пользователями:
- доступ к Интернету;
- работа с электронной почтой;
- общий доступ к любым файлам;
- общий доступ к различным устройствам (жестким дискам, оптическим накопителям, принтерам);
- сетевое текстовое и голосовое общение;
- сетевое видеообщение;
- удаленная работа;
- совместная работа над каким-то проектом;
- резервирование и копирование данных.
Локальная сеть призвана объединить все домашние (или офисные) компьютеры в единое целое. Так игрок становится частью футбольной команды и множество солдат формируют батальон. Благодаря локальной сети все домашние компьютеры смогут обмениваться друг с другом данными и получат выход в Интернет. Сетевые компьютерные игры, общий файловый архив, общения и развлечения – все это вам подарит компьютерная сеть.
Прежде чем поговорить о конкретных устройствах, которые понадобятся для организации локальной сети, рассмотрим основные типы современных локальных сетей.
Типы локальной сети
В целом, существуют два основных типа локальной сети – децентрализованная сеть и сеть клиент-сервер.
Рассмотрим схему простейшей децентрализованной сети, показанной далее. Представим, что в вашей квартире есть 2 компьютера и 1 ноутбук, причем на каждом компьютере установлена операционная система Windows XP. Для того чтобы организовать децентрализованную сеть, необходимо, чтобы у каждого компьютера был сетевой адаптер. Практически все современные материнские платы и ноутбуки имеют такой вход (а то и два), так что ничего лишнего приобретать не потребуется. Если ж вам досталось нечто совсем уж «древнее», приобретите плату сетевого адаптера, которая устанавливается в разъем PCI или PCI-E.
Это общая схема децентрализованной сети. Обратите внимание, что в реальности компьютеры соединяются не так – им понадобится коммутатор (см. далее). На что сделан акцент в этой схеме – в том, что это именная децентрализованная сеть. Все компьютеры взаимодействуют друг с другом без участия сервера .
А вот схема этой же сети, но уже типа “клиент-сервер” .
Подробнее об оборудовании рассказывается в статье « ».
Нужно установить и драйвер. Драйверы поставляются на компакт-дисках вместе с сетевыми адаптерами или системными платами. Кроме того, драйверы для множества популярных сетевых адаптеров изначально поддерживаются в Windows XP, Windows Vista и Windows 7, так что нередко и устанавливать ничего не потребуется.
После установки сетевых адаптеров и драйверов остается физически соединить между собой компьютеры с помощью кабеля или беспроводного соединения. В проводной сети чаще всего используется кабель Ethernet категории 5. Для физического соединения двух компьютеров понадобится только один кабель, если же компьютеров больше трех, вам понадобится специальное устройство, которое называется коммутатор , он же switch (или беспроводная точка доступа, если вы решили создать сеть без проводов).
Два ноутбука и настольный компьютер, соединенные в децентрализованную сеть через коммутатор .
Следует учитывать, что для соединения между собой толькодвух компьютеров (без коммутатора) необходимо использовать кабель со специальным перекрестным соединением («crossover »). Для соединения более чем двух компьютеров применяется стандартный кабель Ethernet .
Децентрализованные сети чаще всего используются в домашних сетях. Преимущество такой сети – в отсутствии необходимости приобретения компьютера для работы, например, в качестве файлового сервера, ведь файлы располагаются на всех компьютерах в сети.
Топология локальной сети
Каждый компьютер в сети подключается к другим компьютерам с помощью кабеля или беспроводного соединения. Схема физического подключения компьютеров в сети называется сетевой топологией. Всего существуют три основные топологии: «шина», «кольцо» и «звезда».
- Шина . Каждый компьютер в сети подключен последовательно к другому компьютеру в линейной последовательности. Сеть начинается с сервера или основного компьютера и завершается последним компьютером сети.
- Кольцо . Каждый компьютер подключен к другому компьютеру в кольцевой сети.
- Звезда . Каждый компьютер в сети подключен к центральной точке обмена данными.
Первые две топологии, шина и кольцо, были разработаны много лет назад и в настоящее время утратили свою популярность. Основной топологией современных локальных сетей является топология «звезда».
Основное преимущество этой топологии, основанной на технологии Ethernet, – расширяемость сети. На основе компьютеров, оснащенных сетевым адаптером Ethernet, можно создать сеть топологии «звезда», содержащую до 1024 компьютеров, подключенных к коммутатору или концентратору с использованием разъема RJ-45. Создание подобной сети не занимает много времени при условии, что настройка сетевой операционной системы была выполнена должным образом.
Домашняя сеть с топологией «звезда» .
Для создания сети Ethernet требуется установить на компьютерах совместимые операционные системы (например, Windows XP), сетевые адаптеры с нужными драйверами, сетевой кабель (или адаптеры беспроводного соединения), а также коммутатор или концентратор.
Теперь представим, что вы установили в квартире коммутатор с 5 разъемами и подключили к нему компьютеры всех своих родных и близких. В результате свободных портов у коммутатора не осталось. При этом вам бы очень хотелось подключить еще и соседей по этажу, чтобы обмениваться с ним файлами и играть в компьютерные стратегические игры. Выходом будет все та же топология «звезда». Достаточно к специальному порту первого коммутатора подключить второй коммутатор, как вы получите возможность использовать свободные порты. Таким образом, благодаря схеме связующего древа , можно расширять вашу сеть практически до бесконечности. Именно по такому принципу создаются современные домашние сети.
Итак, подытожим, какие именно физические устройства требуются для создания локальной сети:
- сетевые адаптеры;
- коммутаторы;
- кабели (или радиочастотные каналы для беспроводной сети).
Коммутатор не выпустит вас в Интернет:) Поэтому не путайте его с маршрутизатором – устройством, которое предназначено для обеспечения доступа из локальной сети в глобальную.
Подробнее о маршрутизаторах и другом оборудовании рассказывается в статье « ».
(). Мы понимаем, что для новичков «OSI» и «TCP/IP» - это страшные слова. Но не переживайте, не для того, чтобы запугать вас, мы их используем. Это то, с чем вам придётся встречаться каждый день, поэтому в течение этого цикла мы постараемся раскрыть их смысл и отношение к реальности.
Начнём с постановки задачи. Есть некая фирма, занимающаяся, допустим, производством лифтов, идущих только вверх, и потому называется ООО «Лифт ми ап». Расположены они в старом здании на Арбате, и сгнившие провода, воткнутые в пожжёные и прожжёные коммутаторы времён 10Base-T не ожидают подключения новых серверов по гигабитным карточкам. Итак, у них катастрофическая потребность в сетевой инфраструктуре и денег куры не клюют, что даёт вам возможность безграничного выбора. Это чудесный сон любого инженера. А вы вчера выдержали собеседование, и в сложной борьбе по праву получили должность сетевого администратора. И теперь вы в ней первый и единственный в своём роде. Поздравляем! Что дальше?
Следует несколько конкретизировать ситуацию:
- В данный момент у компании есть два офиса: 200 квадратов на Арбате под рабочие места и серверную. Там представлены несколько провайдеров. Другой на Рублёвке.
- Есть четыре группы пользователей: бухгалтерия (Б), финансово-экономический отдел (ФЭО), производственно-технический отдел (ПТО), другие пользователи (Д). А так же есть сервера ©, которые вынесены в отдельную группу. Все группы разграничены и не имеют прямого доступа друг к другу.
- Пользователи групп С, Б и ФЭО будут только в офисе на Арбате, ПТО и Д будут в обоих офисах.
При проектировании сети следует стараться придерживаться иерархической модели сети , которая имеет много достоинств по сравнению с “плоской сетью”:
- упрощается понимание организации сети
- модель подразумевает модульность, что означает простоту наращивания мощностей именно там, где необходимо
- легче найти и изолировать проблему
- повышенная отказоустойчивость за счет дублирования устройств и/или соединений
- распределение функций по обеспечению работоспособности сети по различным устройствам.
В таких масштабах, как наш, роль каждого устройства размывается, однако логически разделить сеть можно.
Составим приблизительную схему:
На представленной схеме ядром (Core) будет маршрутизатор 2811, коммутатор 2960 отнесём к уровню распространения (Distribution), поскольку на нём агрегируются все VLAN в общий транк. Коммутаторы 2950 будут устройствами доступа (Access). К ним будут подключаться конечные пользователи, офисная техника, сервера.
Именовать устройства будем следующим образом: сокращённое название города (msk
) - географическое расположение (улица, здание) (arbat
) - роль устройства в сети + порядковый номер.
Соответственно их ролям и месту расположения выбираем hostname
:
Маршрутизатор 2811: msk-arbat-gw1
(gw=GateWay=шлюз)
Коммутатор 2960: msk-arbat-dsw1
(dsw=Distribution switch)
Коммутаторы 2950: msk-arbat-aswN, msk-rubl-asw1
(asw=Access switch)
Документация сети
Вся сеть должна быть строго документирована: от принципиальной схемы, до имени интерфейса.Прежде, чем приступить к настройке, я бы хотел привести список необходимых документов и действий:
- Схемы сети L1, L2, L3 в соответствии с уровнями модели OSI (Физический, канальный, сетевой)
- План IP-адресации = IP-план
- Список VLAN
- Подписи (description ) интерфейсов
- Список устройств (для каждого следует указать: модель железки, установленная версия IOS, объем RAM\NVRAM, список интерфейсов)
- Метки на кабелях (откуда и куда идёт), в том числе на кабелях питания и заземления и устройствах
- Единый регламент, определяющий все вышеприведённые параметры и другие
Говоря о метках/наклейках на кабели, мы имеем ввиду это:
На этой фотографии отлично видно, что промаркирован каждый кабель, значение каждого автомата на щитке в стойке, а также каждое устройство.
Подготовим нужные нам документы:
Список VLAN
Каждая группа будет выделена в отдельный влан. Таким образом мы ограничим широковещательные домены. Также введём специальный VLAN для управления устройствами.
Номера VLAN c 4 по 100 зарезервированы для будущих нужд.
IP-план
| IP-адрес | Примечание | VLAN |
|---|---|---|
| 172.16.0.0/16 | ||
| 172.16.0.0/24 | Серверная ферма | 3 |
| 172.16.0.1 | Шлюз | |
| 172.16.0.2 | Web | |
| 172.16.0.3 | File | |
| 172.16.0.4 | ||
| 172.16.0.5 - 172.16.0.254 | Зарезервировано | |
| 172.16.1.0/24 | Управление | 2 |
| 172.16.1.1 | Шлюз | |
| 172.16.1.2 | msk-arbat-dsw1 | |
| 172.16.1.3 | msk-arbat-asw1 | |
| 172.16.1.4 | msk-arbat-asw2 | |
| 172.16.1.5 | msk-arbat-asw3 | |
| 172.16.1.6 | msk-rubl-aswl | |
| 172.16.1.6 - 172.16.1.254 | Зарезервировано | |
| 172.16.2.0/24 | Сеть Point-to-Point | |
| 172.16.2.1 | Шлюз | |
| 172.16.2.2 - 172.16.2.254 | Зарезервировано | |
| 172.16.3.0/24 | ПТО | 101 |
| 172.16.3.1 | Шлюз | |
| 172.16.3.2 - 172.16.3.254 | Пул для пользователей | |
| 172.16.4.0/24 | ФЭО | 102 |
| 172.16.4.1 | Шлюз | |
| 172.16.4.2 - 172.16.4.254 | Пул для пользователей | |
| 172.16.5.0/24 | Бухгалтерия | 103 |
| 172.16.5.1 | Шлюз | |
| 172.16.5.2 - 172.16.5.254 | Пул для пользователей | |
| 172.16.6.0/24 | Другие пользователи | 104 |
| 172.16.6.1 | Шлюз | |
| 172.16.6.2 - 172.16.6.254 | Пул для пользователей |
Выделение подсетей в общем-то произвольное, соответствующее только числу узлов в этой локальной сети с учётом возможного роста. В данном примере все подсети имеют стандартную маску /24 (/24=255.255.255.0) - зачастую такие и используются в локальных сетях, но далеко не всегда. Советуем почитать о классах сетей . В дальнейшем мы обратимся и к бесклассовой адресации (cisco). Мы понимаем, что ссылки на технические статьи в википедии - это моветон, однако они дают хорошее определение, а мы попробуем в свою очередь перенести это на картину реального мира.
Под сетью Point-to-Point подразумеваем подключение одного маршрутизатора к другому в режиме точка-точка. Обычно берутся адреса с маской 30 (возвращаясь к теме бесклассовых сетей), то есть содержащие два адреса узла. Позже станет понятно, о чём идёт речь.
План подключения оборудования по портам
Разумеется, сейчас есть коммутаторы с кучей портов 1Gb Ethernet, есть коммутаторы с 10G, на продвинутых операторских железках, стоящих немалые тысячи долларов есть 40Gb, в разработке находится 100Gb (а по слухам уже даже есть такие платы, вышедшие в промышленное производство). Соответственно, вы можете выбирать в реальном мире коммутаторы и маршрутизаторы согласно вашим потребностям, не забывая про бюджет. В частности гигабитный свич сейчас можно купить незадорого (20-30 тысяч) и это с запасом на будущее (если вы не провайдер, конечно). Маршрутизатор с гигабитными портами стоит уже ощутимо дороже, чем со 100Mbps портами, однако оно того стоит, потому что FE-модели (100Mbps FastEthernet), устарели и их пропускная способность очень невысока.Но в программах эмуляторах/симуляторах, которые мы будем использовать, к сожалению, есть только простенькие модели оборудования, поэтому при моделировании сети будем отталкиваться от того, что имеем: маршрутизатор cisco2811, коммутаторы cisco2960 и 2950.
| Имя устройства | Порт | Название | VLAN | |
|---|---|---|---|---|
| Access | Trunk | |||
| msk-arbat-gw1 | FE0/1 | UpLink | ||
| FE0/0 | msk-arbat-dsw1 | 2,3,101,102,103,104 | ||
| msk-arbat-dsw1 | FE0/24 | msk-arbat-gw1 | 2,3,101,102,103,104 | |
| GE1/1 | msk-arbat-asw1 | 2,3 | ||
| GE1/2 | msk-arbat-asw3 | 2,101,102,103,104 | ||
| FE0/1 | msk-rubl-asw1 | 2,101,104 | ||
| msk-arbat-asw1 | GE1/1 | msk-arbat-dsw1 | 2,3 | |
| GE1/2 | msk-arbat-asw2 | 2,3 | ||
| FE0/1 | Web-server | 3 | ||
| FE0/2 | File-server | 3 | ||
| msk-arbat-asw2 | GE1/1 | msk-arbat-asw1 | 2,3 | |
| FE0/1 | Mail-Server | 3 | ||
| msk-arbat-asw3 | GE1/1 | msk-arbat-dsw1 | 2,101,102,103,104 | |
| FE0/1-FE0/5 | PTO | 101 | ||
| FE0/6-FE0/10 | FEO | 102 | ||
| FE0/11-FE0/15 | Accounting | 103 | ||
| FE0/16-FE0/24 | Other | 104 | ||
| msk-rubl-asw1 | FE0/24 | msk-arbat-dsw1 | 2,101,104 | |
| FE0/1-FE0/15 | PTO | 101 | ||
| FE0/20 | administrator | 104 | ||
Почему именно так распределены VLAN"ы, мы объясним в следующих частях.
Схемы сети
На основании этих данных можно составить все три схемы сети на этом этапе. Для этого можно воспользоваться Microsoft Visio, каким-либо бесплатным приложением, но с привязкой к своему формату, или редакторами графики (можно и от руки, но это будет сложно держать в актуальном состоянии:)).Не пропаганды опен сорса для, а разнообразия средств ради, воспользуемся Dia. Я считаю его одним из лучших приложений для работы со схемами под Linux. Есть версия для Виндоус, но, к сожалению, совместимости в визио никакой.
L1
То есть на схеме L1 мы отражаем физические устройства сети с номерами портов: что куда подключено.
L2
На схеме L2 мы указываем наши VLAN’ы
L3
В нашем примере схема третьего уровня получилась довольно бесполезная и не очень наглядная, из-за наличия только одного маршрутизирующего устройства. Но со временем она обрастёт подробностями.
Как видите, информация в документах избыточна. Например, номера VLAN повторяются и на схеме и в плане по портам. Тут как бы кто на что горазд. Как вам удобнее, так и делайте. Такая избыточность затрудняет обновление в случае изменения конфигурации, потому что нужно исправиться сразу в нескольких местах, но с другой стороны, облегчает понимание.
К этой первой статье мы не раз ещё вернёмся в будущем, равно как и вам придётся всегда возвращаться к тому, что вы изначально напланировали.
Собственно задание для тех, кто пока только начинает учиться и готов приложить для этого усилия: много читать про вланы, ip-адресацию, найти программы Packet Tracer и GNS3.
Что касается фундаментальных теоретических знаний, то советуем начать читать Cisco press. Это то, что вам совершенно точно понадобится знать.
В следующей части всё будет уже по-взрослому, с видео, мы будем учиться подключаться к оборудованию, разбираться с интерфейсом и расскажем, что делать нерадивому админу, забывшему пароль.
P.S. Спасибо соавтору статьи - Максиму aka gluck.
P.P.S Тем, кто имеет, что спросить, но не имеет возможности свой вопрос здесь задать, милости просим в
Добрый день, я новичок в сетевых технологиях так что строго не судите, стало интересно, как работает интернет провайдер и почему разные провайдеры по разному действуют, если такой вопрос уже был, то прошу прощения.
Два провайдера, один работает по GPON, ONT может стоять в доме на чердаке, к абонентам витая пара или дома у абонента, если тариф гигабит, белые динамические ip адреса по dhcp, нет привязки по mac-адресу. Каждый абонент имеет свой влан client-VLAN, а ONT имеет свой влан, т.е по QinQ работает.
А второй провайдер по ethernet, абоненты с одного или нескольких свитчей могут быть в одном влане, по территориальному признаку, серые ip адреса также по dhcp, с привязкой по mac-адресу и с iptv по мультикасту.
1. Есть ли госты\международные стандарты по тому, как провайдер должен построить сеть или хотя бы как делают умные ребята и как делать не нужно? Стоит ли для каждого абонента делать отдельный влан или объединять группы абонентов в широковещательные домены? Какие плюсы и минусы для каждого из способов для провайдера и для абонента?
2. От чего зависит выбор как строить сеть на физическом и логическом уровне?
3. Связанно это с типом кабеля? Или можно и для оптики сделать, чтобы абоненты были в одном широковещательном домене (с одного района например), а те, что по витой паре наоборот для каждого отдельный влан?
4. У первого провайдера ip адреса динамические, т.е есть какой то пул, который ему выделили для абонентов и клиент получает тот, который свободен сейчас? у второго провайдера также из пула адресов выдается ip или все выходят под одним и тем же? Это связанно с тем, что у второго просто закончились ip адреса из за большего количества пользователей и первый провайдер тоже всех за NAT переведет, когда клиентов станет много? Как крупные провайдеры используют ip диапазон, динамические ip или за nat (понятно, что они выкупают маленьких провайдеров и везде по разному, есть ли стандарт к которому они стремятся или должны стремится или если все работает, то и так сойдет?)
5. По поводу iptv. У меня дома роутер с днс от гугл, от него кабель к Smart TV и у провайдера есть собственное приложение для просмотра. Проблема была в том, что у меня не было списка каналов и решилось тем, что я поставил днс на роутере от провайдера, как объяснили в ТП это было связанно с тем, что так как у меня серый IP он соответствовал адресу NAS и так как этот адрес не соответствовал адресу никакому из абонентов, то список был пуст. Но разве может быть выдан адрес NAS абоненту? это же просто сетевое хранилище, бред или нет? проверил свой IP на сайте и попросил друга подключенного к этому же провайдеру с моего дома, проверить. у нас были разные ip. значит техподдержка врет?(это второй провайдер, да со статическим ip все бы работало, но мне интересно, что не так с серыми ip)
