Кільце.

При топології «кільце» комп'ютери підключають до кабелю, замкнутому в кільце. Тому в кабелі просто не може бути вільного кінця, до якого треба підключити термінатора. Сигнали тут передаються по кільцю в одному напрямку й проходять через кожен комп'ютер. На відміну від пасивної топології «шина», тут кожен комп'ютер виступає в ролі репитера, підсилюючи сигнали й передаючи їхньому наступному комп'ютеру. Тому, якщо вийде з ладу один комп'ютер, припиняє функціонувати вся мережа.

Один із принципів передачі даних у кільцевій мережі зветься передачі маркера. Суть його така. Маркер послідовно, від одного комп'ютера до іншого, передається доти, поки його не одержить той, котрий «хоче» передати дані. Передавальний комп'ютер змінює маркер, поміщає електронну адресу в дані й посилає їх по кільцю.

Рис. 9. Проста мережа з топологією «кільце» і передача маркера.

!! Комп'ютер захоплює дані й передає їх по кільцю.



У цей час часто використаються топології, які комбінують компонування мережі за принципом шини, зірки й кільця, такі мережі називаються складними (з топологією «зірка-кільце» або «зірка-шина» і т.д.).

3. Бездротові мережі.

Бездротове середовище поступово входить у наше життя. Як тільки технологія остаточно сформується, виробники запропонують широкий вибір продукції за прийнятними цінами, що приведе до росту попиту на неї, і до збільшення обсягу продажів. У свою чергу, це викличе подальше вдосконалювання й розвиток бездротового середовища.

Словосполучення «бездротове середовище» може ввести в оману, оскільки означає повна відсутність проводів у мережі. У дійсності ж звичайно бездротові компоненти взаємодіють із мережею, у якій - як середовище передачі - використається кабель. Така мережа зі змішаними компонентами називається гібридної.

Залежно від технології бездротові мережі можна розділити на три типи:

• локальні обчислювальні мережі;

• розширені локальні обчислювальні мережі;

• мобільні мережі (переносні комп'ютери).

Способи передачі:

• інфрачервоне випромінювання;

• лазер;

• радіопередача у вузькому спектрі (одночастотна передача);

• радіопередача в неуважному спектрі.

Рис. 10. Бездротової комп'ютер підключається до точки доступу.

Крім цих способів передачі й одержання даних можна використати мобільні мережі, пакетне радиосоединение, стільникові мережі й мікрохвильові системи передачі даних.

2. Адресація в IP-мережах

Типи адрес: фізичний (MAC-адреса), мережний (IP-адреса) і символьний (DNS-ім'я)

Кожен комп'ютер у мережі TCP/IP має адреси трьох рівнів:

• Локальна адреса вузла, обумовлена технологією, за допомогою якої побудована окрема мережа, у яку входить даний вузол. Для вузлів, що входять у локальні мережі - це Мас-адрес мережного адаптера або порту маршрутизатора, наприклад, 11-А0-17-3D-BC-01. Ці адреси призначаються виробниками встаткування і є унікальними адресами, тому що управляються централізовано. Для всіх існуючих технологій локальних мереж Мас-адрес має формат 6 байтів: старші 3 байти - ідентифікатор фірми виробника, а молодші 3 байти призначаються унікальним образом самим виробником. Для вузлів, що входять у глобальні мережі, такі як Х.25 або frame relay, локальна адреса призначається адміністратором глобальної мережі.

• IP-адреса, що складається з 4 байт, наприклад, 109.26.17.100. Ця адреса використається на мережному рівні. Він призначається адміністратором під час конфігурування комп'ютерів і маршрутизаторів. IP-адреса складається із двох частин: номера мережі й номери вузла. Номер мережі може бути обраний адміністратором довільно, або призначений за рекомендацією спеціального підрозділу Internet (Network Information Center, NIC), якщо мережа повинна працювати як складова частина Internet. Звичайно провайдери послуг Internet одержують діапазони адрес у підрозділів NIC, а потім розподіляють їх між своїми абонентами.

Номер вузла в протоколі IP призначається незалежно від локальної адреси вузла. Розподіл IP-адреси на поле номера мережі й номери вузла - гнучке, і границя між цими полями може встановлюватися досить довільно. Вузол може входити в кілька IP-мереж. У цьому випадку вузол повинен мати кілька IP-адрес, по числу мережних зв'язків. У такий спосіб IP-адреса характеризує не окремий комп'ютер або маршрутизатор, а одне мережне з'єднання.

• Символьний ідентифікатор-ім'я, наприклад, SERV1.IBM.COM. Ця адреса призначається адміністратором і складається з декількох частин, наприклад, імені машини, імені організації, імені домена. Така адреса, називана також DNS-ім'ям, використається на прикладному рівні, наприклад, у протоколах FTP або telnet.

Три основних класи IP-адрес

IP-адреса має довжину 4 байти й звичайно записується у вигляді чотирьох чисел, що представляють значення кожного байта в десятковій формі, і розділених крапками, наприклад:

128.10.2.30 - традиційна десяткова форма подання адреси,

10000000 00001010 00000010 00011110 - двійкова форма подання цієї ж адреси.

На малюнку 3.1 показана структура IP-адреси.

Клас А

0

N мережі

N вузла

Клас В

1

0

N мережі

N вузла

Клас ІЗ

1

1

0

N мережі

N вузла

Клас D

1

1

1

0

адреса групи multicast

Клас Е

1

1

1

1

0

зарезервований

Рис. 3.1. Структура Iр-адреса

Адреса складається із двох логічних частин - номера мережі й номери вузла в мережі. Яка частина адреси ставиться до номера мережі, а яка до номера вузла, визначається значеннями перших битов адреси:

• Якщо адреса починається з 0, то мережу відносять до класу А, і номер мережі займає один байт, інші 3 байти інтерпретуються як номер вузла в мережі. Мережі класу А мають номера в діапазоні від 1 до 126. (Номер 0 не використається, а номер 127 зарезервований для спеціальних цілей, про що буде сказано нижче.) У мережах класу А кількість вузлів повинне бути більше 216 , але не перевищувати 224.

• Якщо перші два біти адреси рівні 10, то мережа ставиться до класу В и є мережею середніх розмірів із числом вузлів 28 - 216. У мережах класу В під адресу мережі й під адресу вузла приділяється по 16 битов, тобто по 2 байти.

• Якщо адреса починається з послідовності 110, то це мережа класу С с числом вузлів не більше 28. Під адресу мережі приділяється 24 битка, а під адресу вузла - 8 битов.

• Якщо адреса починається з послідовності 1110, то він є адресою класу D і позначає особливу, групову адресу - multicast. Якщо в пакеті як адреса призначення зазначена адреса класу D, то такий пакет повинні одержати всі вузли, яким привласнений дана адреса.

• Якщо адреса починається з послідовності 11110, то це адреса класу Е, вона зарезервований для майбутніх застосувань.

У таблиці наведені діапазони номерів мереж, що відповідають кожному класу мереж.

Клас	Найменша адреса	Найбільша адреса
A	01.0. 0	126.0. 0.0
B	128.0. 0.0	191. 255.0.0
C	192.0. 1.0.	223. 255.255.0
D	224.0. 0.0	239. 255.255.255
E	240.0. 0.0	247. 255.255.255

Угоди про спеціальні адреси: broadcast, multicast, loopback

У протоколі IP існує кілька угод про особливу інтерпретацію IP-адрес:

• якщо Iр-адрес складається тільки із двійкових нулів,

0 0 0 0 ................................... 0 0 0 0

те він позначає адресу того вузла, що згенерував цей пакет;

• якщо в поле номера мережі коштують 0,

0 0 0 0 .......0

Номер вузла

те за замовчуванням уважається, що цей вузол належить тій же самій мережі, що й вузол, що відправив пакет;

• якщо всі двійкові розряди IP-адреси рівні 1,

1 1 1 1 .........................................1 1

те пакет з такою адресою призначення повинен розсилатися всім вузлам, що перебувають у тій же мережі, що й джерело цього пакета. Таке розсилання називається обмеженим широкомовним повідомленням (limited broadcast);

• якщо в поле адреси призначення коштують суцільні 1,

Номер мережі

1111................11

те пакет, що має така адреса розсилається всім вузлам мережі із заданим номером. Таке розсилання називається широкомовним повідомленням (broadcast);

• адреса 127.0.0.1 зарезервований для організації зворотного зв'язку при тестуванні роботи програмного забезпечення вузла без реального відправлення пакета по мережі. Ця адреса має назва loopback.

Уже згадувана форма групової IP-адреси - multicast - означає, що даний пакет повинен бути доставлений відразу декільком вузлам, які утворять групу з номером, зазначеним у поле адреси. Вузли самі ідентифікують себе, тобто визначають, до якій із груп вони ставляться. Той самий вузол може входити в кілька груп. Такі повідомлення на відміну від широкомовних називаються мультивещательными. Групова адреса не ділиться на поля номера мережі й вузла й обробляється маршрутизатором особливим образом.

У протоколі IP немає поняття широковещательности в тому розумінні, у якому воно використається в протоколах канального рівня локальних мереж, коли дані повинні бути доставлені абсолютно всім вузлам. Як обмежена широкомовна IP-адреса, так і широкомовну IP-адресу мають межі поширення в інтермережі - вони обмежені або мережею, до якої належить вузол - джерело пакета, або мережею, номер якої зазначений в адресі призначення. Тому розподіл мережі за допомогою маршрутизаторів на частині локалізує широкомовний шторм межами однієї зі складову загальну мережу частин просто тому, що немає способу адресувати пакет одночасно всім вузлам всіх мереж складеної мережі.

Відображення фізичних адрес на IP-адреси: протоколи ARP й RARP

У протоколі IP-адреса вузла, тобто адреса комп'ютера або порту маршрутизатора, призначається довільно адміністратором мережі й прямо не пов'язаний з його локальною адресою, як це зроблено, наприклад, у протоколі IPX. Підхід, використовуваний в IP, зручно використати у великих мережах і через його незалежність від формату локальної адреси, і через стабільність, тому що в противному випадку, при зміні на комп'ютері мережного адаптера ця зміна повинні б були враховувати всі адресати всесвітньої мережі Internet (у тому випадку, звичайно, якщо мережа підключена до Internet'у).

Локальна адреса використається в протоколі IP тільки в межах локальної мережі при обміні даними між маршрутизатором і вузлом цієї мережі. Маршрутизатор, одержавши пакет для вузла однієї з мереж, безпосередньо підключених до його портів, повинен для передачі пакета сформувати кадр відповідно до вимог прийнятої в цій мережі технології й указати в ньому локальна адреса вузла, наприклад його Мас-адрес. У пакеті, що прийшов, ця адреса не зазначена, тому перед маршрутизатором встає завдання пошуку його по відомій IP-адресі, що зазначена в пакеті як адреса призначення. З аналогічним завданням зіштовхується й кінцевий вузол, коли він хоче відправити пакет у вилучену мережу через маршрутизатор, підключений до тієї ж локальної мережі, що й даний вузол.

Для визначення локальної адреси по IP-адресі використається протокол дозволу адреси Address Resolution Protocol, ARP. Протокол ARP працює різним образом залежно від того, який протокол канального рівня працює в даній мережі - протокол локальної мережі (Ethernet, Token Ring, FDDI) з можливістю широкомовного доступу одночасно до всіх вузлів мережі, або ж протокол глобальної мережі (X.25, frame relay), як правило не підтримуючий широкомовний доступ. Існує також протокол, що вирішує зворотне завдання - знаходження IP-адреси по відомій локальній адресі. Він називається реверсивний ARP - RARP (Reverse Address Resolution Protocol) і використається при старті бездискових станцій, що не знають у початковий момент своєї IP-адреси, але знаючу адресу свого мережного адаптера.

В локальних мережах протокол ARP використає широкомовні кадри протоколу канального рівня для пошуку в мережі вузла із заданою IP-адресою.

Вузол, якому потрібно виконати відображення IP-адреси на локальну адресу, формує ARP запит, вкладає його в кадр протоколу канального рівня, указуючи в ньому відома IP-адреса, і розсилає запит широкомовно. Всі вузли локальної мережі одержують ARP запит і порівнюють зазначений там IP-адресу із власним. У випадку їхнього збігу вузол формує ARP-відповідь, у якому вказує своя IP-адреса й своя локальна адреса й відправляє його вже направленно, тому що в ARP запиті відправник указує свою локальну адресу. ARP-запити й відповіді використають той самий формат пакета. Тому що локальні адреси можуть у різних типах мереж мати різну довжину, то формат пакета протоколу ARP залежить від типу мережі. На малюнку 3.2 показаний формат пакета протоколу ARP для передачі по мережі Ethernet.

0 8 16 31

Тип мережі		Тип протоколу
Довжина локальної адреси	Довжина мережної адреси	Операція
Локальна адреса відправника (байти 0 - 3)
Локальна адреса відправника (байти 4 - 5)		IP-адреса відправника (байти 0-1)
IP-адреса відправника (байти 2-3)		Шукана локальна адреса (байти 0 - 1)
Шукана локальна адреса (байти 2-5)
Шукана IP-адреса (байти 0 - 3)

Рис. 3.2. Формат пакета протоколу ARP

У поле типу мережі для мереж Ethernet указується значення 1. Поле типу протоколу дозволяє використати пакети ARP не тільки для протоколу IP, але й для інших мережних протоколів. Для IP значення цього поля дорівнює 0800₁₆.

Довжина локальної адреси для протоколу Ethernet дорівнює 6 байтам, а довжина IP-адреси - 4 байтам. У поле операції для ARP запитів указується значення 1 для протоколу ARP й 2 для протоколу RARP.

Вузол, що відправляє ARP-запит, заповнює в пакеті всі поля, крім поля шуканої локальної адреси (для RARP-запиту не вказується шукана IP-адреса). Значення цього поля заповнюється вузлом, що пізнав свою IP-адресу.

У глобальних мережах адміністраторові мережі найчастіше доводиться вручну формувати ARP-таблиці, у яких він задає, наприклад, відповідність IP-адреси адресі вузла мережі X.25, що має сенс локальної адреси. Останнім часом намітилася тенденція автоматизації роботи протоколу ARP й у глобальних мережах. Для цієї мети серед всіх маршрутизаторів, підключених до якої-небудь глобальної мережі, виділяється спеціальний маршрутизатор, що веде ARP-таблицю для всіх інших вузлів і маршрутизаторів цієї мережі. При такому централізованому підході для всіх вузлів і маршрутизаторів вручну потрібно задати тільки IP-адресу й локальну адресу виділеного маршрутизатора. Потім кожен вузол і маршрутизатор реєструє свої адреси у виділеному маршрутизаторі, а при необхідності встановлення відповідності між IP-адресою й локальною адресою вузол звертається до виділеного маршрутизатора із запитом й автоматично одержує відповідь без участі адміністратора.

Відображення символьних адрес на IP-адреси: служба DNS

DNS (Domain Name System) - це розподілена база даних, що підтримує ієрархічну систему імен для ідентифікації вузлів у мережі Internet. Служба DNS призначена для автоматичного пошуку IP-адреси по відомому символьному імені вузла. Специфікація DNS визначається стандартами RFC 1034 й 1035. DNS вимагає статичної конфігурації своїх таблиць, що відображають імена комп'ютерів в IP-адресу.

Протокол DNS є службовим протоколом прикладного рівня. Цей протокол несиметричний - у ньому визначені DNS-сервери й DNS-клієнти. DNS-сервери зберігають частина розподіленої бази даних про відповідність символьних імен й IP-адрес. Ця база даних розподілена по адміністративним доменам мережі Internet. Клієнти сервера DNS знають IP-адресу сервера DNS свого адміністративного домена й по протоколі IP передають запит, у якому повідомляють відоме символьне ім'я й просять повернути відповідний йому IP-адреса.

Якщо дані про запитану відповідність зберігаються в базі даного DNS-сервера, то він відразу посилає відповідь клієнтові, якщо ж немає - те він надсилає запит DNS-серверу іншого домена, що може сам обробити запит, або передати його іншому DNS-серверу. Всі DNS-сервери з'єднані ієрархічно, відповідно до ієрархії доменов мережі Internet. Клієнт опитує ці сервери імен, поки не знайде потрібні відображення. Цей процес прискорюється через те, що сервери імен постійно кэшируют інформацію, надавану по запитах. Клієнтські комп'ютери можуть використати у своїй роботі IP-адреси декількох DNS-серверів, для підвищення надійності своєї роботи.

База даних DNS має структуру дерева, називаного доменним простором імен, у якому кожен домен (вузол дерева) має ім'я й може містити поддомены. Ім'я домена ідентифікує його положення в цій базі даних стосовно батьківського домену, причому крапки в імені відокремлюють частині, що відповідають вузлам домена.

Корінь бази даних DNS управляється центром Internet Network Information Center. Домены верхнього рівня призначаються для кожної країни, а також на організаційній основі. Імена цих доменов повинні додержуватися міжнародного стандарту ISO 3166. Для позначення країн використаються трибуквені й двухбуквенные абревіатури, а для різних типів організацій використаються наступні абревіатури:

• com - комерційні організації (наприклад, microsoft.com);

• edu - освітні (наприклад, mit.edu);

• gov - урядові організації (наприклад, nsf.gov);

• org - некомерційні організації (наприклад, fidonet.org);

• net - організації, що підтримують мережі (наприклад, nsf.net).

Кожен домен DNS администрируется окремою організацією, що звичайно розбиває свій домен на поддомены й передає функції адміністрування цих поддоменов іншим організаціям. Кожен домен має унікальне ім'я, а кожний з поддоменов має унікальне ім'я усередині свого домена. Ім'я домена може містити до 63 символів. Кожен хост у мережі Internet однозначно визначається своїм повним доменним ім'ям (fully qualified domain name, FQDN), що включає імена всіх доменов по напрямку від хоста до кореня. Приклад повного DNS-імені :

citint.dol.ru.

Автоматизація процесу призначення IP-адрес вузлам мережі - протокол DHCP

Як уже було сказано, IP-адреси можуть призначатися адміністратором мережі вручну. Це представляє для адміністратора стомлюючу процедуру. Ситуація ускладнюється ще тим, що багато користувачів не мають достатні знання для того, щоб конфігурувати свої комп'ютери для роботи в інтермережі й повинні тому покладатися на адміністраторів.

Протокол Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) був розроблений для того, щоб звільнити адміністратора від цих проблем. Основним призначенням DHCP є динамічне призначення IP-адрес. Однак, крім динамічного, DHCP може підтримувати й більше прості способи ручного й автоматичного статичного призначення адрес.

У ручній процедурі призначення адрес активна участь приймає адміністратор, що надає DHCP-серверу інформацію про відповідність IP-адрес фізичним адресам або іншим ідентифікаторам клієнтів. Ці адреси повідомляються клієнтам у відповідь на їхні запити до DHCP-сервера.

При автоматичному статичному способі DHCP-сервер привласнює IP-адреса (і, можливо, інші параметри конфігурації клієнта) з пула наявних IP-адрес без втручання оператора. Границі пула призначуваних адрес задає адміністратор при конфігуруванні DHCP-сервера. Між ідентифікатором клієнта і його IP-адресою як і раніше, як і при ручному призначенні, існує постійна відповідність. Воно встановлюється в момент первинного призначення сервером DHCP IP-адреси клієнтові. При всіх наступних запитах сервер повертає та ж сама IP-адреса.

При динамічному розподілі адрес DHCP-сервер видає адреса клієнтові на обмежений час, що дає можливість згодом повторно використати IP-адреси іншими комп'ютерами. Динамічний поділ адрес дозволяє будувати IP-мережу, кількість вузлів у якій набагато перевищує кількість наявних у розпорядженні адміністратора IP-адрес.

DHCP забезпечує надійний і простий спосіб конфігурації мережі TCP/IP, гарантуючи відсутність конфліктів адрес за рахунок централізованого керування їхнім розподілом. Адміністратор управляє процесом призначення адрес за допомогою параметра "тривалості оренди" (lease duration), що визначає, як довго комп'ютер може використати призначену IP-адресу, перед тим як знову запросити його від сервера DHCP в оренду.

Прикладом роботи протоколу DHCP може служити ситуація, коли комп'ютер, що є клієнтом DHCP, віддаляється з подсети. При цьому призначений йому IP-адреса автоматично звільняється. Коли комп'ютер підключається до інший подсети, те йому автоматично призначається нова адреса. Ні користувач, ні мережний адміністратор не втручаються в цей процес. Це властивість дуже важливо для мобільних користувачів.

Протокол DHCP використає модель клієнт-сервер. Під час старту системи комп'ютер-клієнт DHCP, що перебуває в стані "ініціалізація", посилає повідомлення discover (досліджувати), що широкомовно поширюється по локальній мережі й передається всім DHCP-серверам приватної інтермережі. Кожен DHCP-сервер, що одержав це повідомлення, відповідає на нього повідомленням offer (пропозиція), що містить IP-адресу й конфігураційну інформацію.

Комп'ютер-клієнт DHCP переходить у стан "вибір" і збирає конфігураційні пропозиції від DHCP-серверів. Потім він вибирає одне із цих пропозицій, переходить у стан "запит" і відправляє повідомлення request (запит) тому DHCP-серверу, чия пропозиція була обрана.

Обраний DHCP-сервер посилає повідомлення DHCP-acknowledgment (підтвердження), що містить та ж IP-адреса, що уже була послана раніше на стадії дослідження, а також параметр оренди для цієї адреси. Крім того, DHCP-сервер посилає параметри мережної конфігурації. Після того, як клієнт одержить це підтвердження, він переходить у стан "зв'язок", перебуваючи в якому він може брати участь у роботі мережі TCP/IP. Комп'ютери-клієнти, які мають локальні диски, зберігають отриману адресу для використання при наступних стартах системи. При наближенні моменту витікання строку оренди адреси комп'ютер намагається обновити параметри оренди в DHCP-сервера, а якщо ця IP-адреса не може бути виділений знову, те йому повертається інша IP-адреса.

У протоколі DHCP описується кілька типів повідомлень, які використаються для виявлення й вибору DHCP-серверів, для запитів інформації про конфігурації, для продовження й дострокового припинення ліцензії на IP-адресу. Всі ці операції спрямовані на те, щоб звільнити адміністратора мережі від стомлюючих рутинних операцій по конфігуруванню мережі.

Однак використання DHCP несе в собі й деякі проблеми. По-перше, це проблема узгодження інформаційної адресної бази в службах DHCP й DNS. Як відомо, DNS служить для перетворення символьних імен в IP-адреси. Якщо IP-адреси будуть динамічно зміняться сервером DHCP, то ці зміни необхідно також динамічно вносити в базу даних сервера DNS. Хоча протокол динамічної взаємодії між службами DNS й DHCP уже реалізований деякими фірмами (так називана служба Dynamic DNS), стандарт на нього поки не прийнятий.

По-друге, нестабільність IP-адрес ускладнює процес керування мережею. Системи керування, засновані на протоколі SNMP, розроблені з розрахунком на статичність IP-адрес. Аналогічні проблеми виникають і при конфігуруванні фільтрів маршрутизаторів, які оперують із IP-адресами.

Нарешті, централізація процедури призначення адрес знижує надійність системи: при відмові DHCP-сервера всі його клієнти виявляються не в змозі одержати IP-адресу й іншу інформацію про конфігурації. Наслідку такої відмови можуть бути зменшені шляхом використанні в мережі декількох серверів DHCP, кожний з яких має свій пул IP-адрес.