Организация компьютерной сети
Использование компьютеров — это всегда процесс обмена информацией: между пользователем и компьютером, компьютером и внешним запоминающим устройством, одного компьютера с другим. В этой главе мы рассмотрим последний вариант, который подразумевает, что между компьютерами существует канал связи, через который происходит обмен информацией в реальном времени. Последнее уточнение говорит о том, что посланное первым компьютером сообщение принимается вторым через короткий промежуток времени, миллисекунды для локальной сети или секунды для глобальных сетей. Известный сегодня всем термин "сеть" (network) означает, что некоторое число компьютеров соединено информационным каналом, через который с использованием строго определенного протокола происходит обмен данными. Для обозначения в сети одного компьютера или группы компьютеров, например, расположенных в одной комнате, используют термины: "точка", "узел".В настоящее время существует множество вариантов соединения компьютеров между собой, различающихся как физическим способом организации каналов связи, так и применение тех или иных программ. Но у пользователей наибольшим успехом пользуются два наиболее удобных и дешевых варианта. Первый — это соединение нескольких компьютеров в локальную сеть по технологии Ethernet, а второй — использование модемного соединения для подключения к Глобальной сети Интернет.
Локальная сеть
Посмотрите на рис. где показан пример локальной сети, который часто применяется для соединения рабочих компьютеров (рабочая группа) небольшой фирмы или домашних компьютеров в одном большом доме или квартале.
В такой локальной сети чаще всего нет отдельных компьютеров — серверов, которые выполняют служебные для всей сети функции. Все компьютеры в ней равноправны и представляют собой обычные персональные компьютеры (рабочие станции), на которых работают пользователи. Как правило, используются операционные системы Windows 9x и Windows 2000/XP. Из программного обеспечения — стандартный набор MicrosoftOffice и несколько программ других производителей.
Для соединения компьютеров друг с другом — создания инфраструктуры локальной сети — применяется наиболее простой и дешевый вариант локальной сети с использованием кабеля с витыми парами. В качестве коммутирующих устройств устанавливаются концентраторы — хабы (hub) и коммутаторы (swith). Хаб — наиболее простое устройство для соединения группы компьютеров в локальную сеть. Небольшая коробочка или печатная плата, вставляемая в слот компьютера, снабжена розетками — портами — для подключения сетевых кабелей. Наиболее популярны варианты, когда количество розеток составляет 8 и 16 для внешних хабов и 5 — для внутренних. Внутри хаба находятся усилители, которые связывают все сетевые розетки друг с другом. Отличительная черта хаба — все входные сигналы транслируются на все выходные линии без всяких преобразований (что поступило, то и вышло). Некоторая аналогия хаба — это электрический удлинитель, к которому можно подключить столько устройств, сколько нужно, но каждое получает одинаковое напряжение. Отсюда и некоторое неудобство хаба-подключать можно только такие сетевые платы, которые могут дружно работать на скорости 10 или 100 Мбит/с. А вариант, когда одна плата использует стандарт 10, а остальные более совершенный стандарт 100
Коммутатор — это усовершенствованная версия хаба, у которого есть некоторый "интеллект".
В отличие от хаба, коммутатор может определить маршрут, по которому должны пересылаться данные. То есть пакеты, поступившие на какой-либо порт, отправляются по нужному адресу. Кроме того, коммутатор преобразовывает входные сигналы, обеспечивая согласование работы всех сетевых плат, подключенных к нему, поэтому с помощью коммутатора можно соединить две сетевые платы, работающие в разных стандартах 10 и 100 Мбит/с. Для этого используется функция Auto MDI/MDIX.
В более сложных сетях устанавливают маршрутизаторы, которые не только обеспечивают согласование между компьютерами в локальной сети, но и, например, преобразуют IP-адреса пакетов, отправляя их только по нужному адресу. В отличие от хабов и коммутаторов, маршрутизатор разбирается в адресах компьютеров и может добавлять к пакетам служебную информацию. Маршрутизаторы обычно применяются для соединения нескольких сетей. Например, сеть Интернет создана на основе маршрутизаторов.
Концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы для сети Ethernet всегда снабжаются большим количеством светодиодных индикаторов — от 1 до 3 на каждый сетевой порт. Причем цвет светодиода и режим работы — горит постоянно или мигает — зависит от состояния сетевого канала, подключенного к тому или иному порту. Например, постоянное свечение зеленым цветом индикатора Speed/Act означает, что к данному порту подключена сетевая плата 100 Мбит/с, а желтый цвет — сетевая плата 10 Мбит/с. 
В последнее время стал использоваться стандарт 1000 Мбит/с, а вместо обычного коаксиального кабеля или витой пары все чаще используют для соединения сетей оптоволоконные линии.Для связи локальной сети с Интернетом к одному из компьютеров подключают модем, который с помощью программного обеспечения, входящего в операционную систему, или отдельных вспомогательных программ раздает трафик, полученный из Глобальной сети, по остальным компьютерам.
Для создания домашней локальной сети в каждый компьютер, включаемый в локальную сеть, надо добавить еще два компонента: аппаратный и программный, а для соединения всего этого вместе — набор коммутационных элементов. Отсутствие любого элемента не позволит использовать локальную сеть. Кроме того, все элементы, относящиеся к локальной сети, должны соответствовать друг другу. Поэтому прежде чем бежать в магазин и покупать сетевые аксессуары, разберемся, что необходимо купить для вашего конкретного случая. Простое копирование чужой локальной сети не всегда приводит к желаемому результату.Первая проблема, которая почти всегда решается однозначно — какой тип локальной сети будет вами использоваться. Пользователи Windows 9х/2000/ХР в подавляющем большинстве случаев выбирают одноранговую локальную сеть Microsoft, которую поддерживает операционная система Windows. Нельзя сказать, что она лучше, чем другие, но за сетевое программное обеспечение не надо платить дополнительные деньги и очень долго искать консультанта для установки и настройки локальной сети. Можно заметить, что, в отличие от программного обеспечения для Интернета, сетевые программы для локальных сетей стоят дорого, а установка и настройка — весьма кропотливое занятие, требующее глубоких знаний сетевых технологий.Решение первой проблемы влечет за собой и конкретное определение аппаратной части, в которой главную позицию занимает выбор сетевой платы. Наиболее доступны по цене (от 12 до 30 долларов) сетевые платы, в которых многие сетевые функции выполняет центральный процессор компьютера. Эти платы выпускаются двух стандартов: первый — 10 Мбит/с (иногда, 10— 100 Мбит/с) для локальных сетей, использующих коаксиальный кабель и/или витую пару, второй — 100 Мбит/с для витой пары.Вариант локальной сети с коаксиальным кабелем сегодня выбирать для новой локальной сети не имеет смысла, т. к. сеть на витом проводе все же проще и дешевле. Кроме того, сетевые платы для стандарта 10 Мбит/с устарели, и их применение разумно только в сетях, где еще действуют старые компьютеры, например 386, 486 и первые Pentium. Конечно, если есть старые платы для коаксиального кабеля, то имеет смысл построить локальную сеть с использованием коаксиального кабеля, но в этом случае вам придется быть более внимательным ко всем коммутирующим элементам сети.
Семиуровневая сетевая архитектура
Компьютерные сети базируются на понятии семиуровневой коммуникационной модели OSI (OpenSystemInterconnction), которую предложила Международная организация стандартов (ISO).
Это идеальная модель, которой обязаны следовать разработчики сетей, правда, это не всегда строго соблюдается.
Рассмотрим эту модель подробнее.
· Уровень приложений. Поддерживает прикладные программы и обеспечивает доступ приложений к сетевому сервису. Например, на этом уровне ваш браузер подключается к Интернету или локальной сети.
· Уровень представлений. Переводит данные из формата приложений в промежуточный, где использует сжатие и шифрование данных.
· Сеансовый уровень. Обеспечивает интерфейс с транспортным уровнем и управляет взаимодействием между компьютерами, участвующими в сеансе связи. Выполняется управлением доступом на основе прав доступа на уровне соединенных компьютеров.
· Транспортный уровень. На этом уровне осуществляется управление потоком данных из одной программы в другую. Выполняется разделение данных на пакеты передающим компьютером и их сборка на приемном. Выполняется согласование различных сетей через специальные шлюзы.
· Уровень управления линией передачи данных (канальный уровень). Отвечает за передачу и прием кадров (блоков) данных в асинхронном режиме между компьютерами. В кадры включается дополнительная управляющая информация.
· Физический уровень. Обеспечивает преобразование данных в сигналы, передающиеся по линии связи (кабелю).
В ряде случаев несколько уровней могут объединяться в один или какой-либо уровень делиться на два. Например, для сети Интернет, где применяется протокол TCP/IP, используется пятиуровневая коммуникационная модель. Любая информация, отправляемая или принимаемая вашим компьютером, проходит через все уровни, если он не является промежуточным звеном в сети. На каждом уровне добавляется или отсекается служебная информация: адреса, контрольные суммы и др. То есть когда ваше сообщение переходит с уровня на уровень, оно преобразуется по определенным правилам, и к нему добавляется служебная информация, по которой сообщение может быть приведено к первоначальному виду другим компьютером.