Компьютерные сети

2.1.2 История

Технология Ethernet была разработана вместе со многими первыми проектами корпорации Xerox PARC. Общепринято, что Ethernet был изобретён 22 мая 1973 года, когда Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) составил докладную записку для главы PARC о потенциале технологии Ethernet. Но законное право на технологию Меткалф получил через несколько лет. В 1976 году он и его ассистент Дэвид Боггс (David Boggs) издали брошюру под названием «Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks».

2.1.3Технология

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

Причинами перехода на витую пару были:

• возможность работы в дуплексном режиме;
• низкая стоимость кабеля "витой пары";
• более высокая надёжность сетей при неисправности в кабеле;
• возможность питания по кабелю маломощных узлов, например IP-телефонов (стандарт Power-Over-Ethernet, POE);
• отсутствие гальванической связи (прохождения тока) между узлами сети. При использовании коаксиального кабеля в российских условиях, где, как правило, отсутствует заземление компьютеров, применение коаксиального кабеля часто сопровождалось пробоем сетевых карт, и иногда даже полным "выгоранием" системного блока.

Причиной перехода на оптический кабель была необходимость  увеличить длину сегмента без  повторителей.

2.1.4 Разновидности Ethernet

В зависимости  от скорости передачи данных и передающей среды существует несколько вариантов технологии. Независимо от способа передачи стек сетевого протокола и программы работают одинаково практически во всех нижеперечисленных вариантах.

• 10 Мбит/с Ethernet
• 100 Мбит/с Ethernet (Fast Ethernet)
• 1 Гбит/с Ethernet (Gigabit Ethernet)
• 10 Гбит/с Ethernet

2.2 IP

2.2.1 Основные сведения

IP (англ. Internet Protocol — межсетевой протокол) — маршрутизируемый сетевой протокол, основа стека протоколов TCP/IP.

Протокол IP используется для негарантированной доставки данных (разделяемых на так называемые пакеты) от одного узла сети к другому. Это означает, что на уровне этого протокола (третий уровень сетевой модели OSI) не даётся гарантий надёжной доставки пакета до адресата. В частности, пакеты могут прийти не в том порядке, в котором были отправлены, продублироваться (когда приходят две копии одного пакета; в реальности это бывает крайне редко), оказаться повреждёнными (обычно повреждённые пакеты уничтожаются) или не прибыть вовсе. Гарантии безошибочной доставки пакетов дают протоколы более высокого (транспортного) уровня сетевой модели OSI — например, TCP — которые IP используют в качестве транспорта.

В современной  сети Интернет используется IP четвёртой  версии, также известный как IPv4. В  протоколе IP этой версии каждому узлу сети ставится в соответствие IP-адрес длиной 4 октета. При этом компьютеры в подсетях объединяются общими начальными битами адреса. Количество этих бит, общее для данной подсети, называется маской подсети (ранее использовалось деление пространства адресов по классам — A, B, C; класс сети определялся диапазоном значений старшего октета и определял число адресуемых узлов в данной сети, сейчас используется бесклассовая адресация).

В настоящее  время вводится в эксплуатацию шестая версия протокола — IPv6, которая позволяет  адресовать значительно большее количество узлов, чем IPv4. Эта версия отличается повышенной разрядностью адреса, встроенной возможностью шифрования и некоторыми другими особенностями. Переход с IPv4 на IPv6 связан с трудоёмкой работой операторов связи и производителей программного обеспечения и не может быть выполнен одномоментно. На начало 2007 года в Интернете присутствовало около 760 сетей, работающих по протоколу IPv6. Для сравнения, на то же время в адресном пространстве IPv4 присутствовало более 203 тысяч сетей, но в IPv6 сети гораздо более крупные, нежели в IPv4.

2.2.2 IP-пакет

IP-пакет —  форматированный блок информации, передаваемый по вычислительной  сети. Соединения вычислительных  сетей, которые не поддерживают  пакеты, такие как традиционные  соединения типа «точка-точка»  в телекоммуникациях, просто передают данные в виде последовательности байтов, символов или битов. При использовании пакетного форматирования сеть может передавать длинные сообщения более надежно и эффективно.

2.2.3 Диапазоны для локальных сетей

При подключении пользовательского компьютера к Интернету, IP-адреса выбираются из диапазона, предоставленного провайдером. Компьютеры, не имеющие IP-адреса, выданного провайдером, могут работать с другими локальными компьютерами, имея IP-адреса из диапазонов, зарезервированных для локальных сетей:

10.0.0.0 — 10.255.255.255 (одна сеть класса A)

172.16.0.0 — 172.31.255.255 (шестнадцать сетей класса B)

192.168.0.0 — 192.168.255.255 (256 сетей класса C)

Компьютеры  с такими адресами могут получать доступ к Интернету посредством прокси-серверов или NAT.

При построении сетей, составляющих Интернет (например, сетей провайдеров), выбираются строго определённые диапазоны адресов, назначенные организацией IANA и имеет свои представительства по всему миру — например, в Европе распределение адресов координирует RIPE NCC.

2.3 IPX

IPX (англ. Internetwork Packet Exchange) — протокол сетевого уровня модели OSI в стеке протоколов SPX. Он предназначен для передачи датаграмм, являясь неориентированным на соединение (так же, как IP и NetBIOS), и обеспечивает связь между NetWare-серверами и конечными станциями.

Стек протоколов IPX/SPX был разработан Novell для ее сетевой операционной системы NetWare. За основу IPX был взят протокол IDP из стека протоколов Xerox Network Services.

С конца 1980-х и до середины 1990-х годов сети на основе IPX были широко распространены из-за большой популярности NetWare. Однако в дальнейшем с развитием Интернета и стека TCP/IP оригинальный транспортный протокол SPX от Novell не способствовал успеху IPX-сетей. Из-за стремительного роста популярности TCP/IP сети на основе IPX в настоящее время имеют шансы исчезнуть.

2.4 TCP

The Transmission Control Protocol (TCP) (протокол управления передачей)  — один из основных сетевых  протоколов Internet, предназначенный для  управления передачей данных в сетях и подсетях TCP/IP. Выполняет функции протокола транспортного уровня упрощённой модели OSI.

TCP — это транспортный  механизм, предоставляющий поток  данных, с предварительной установкой  соединения, за счёт этого дающий  уверенность в достоверности получаемых данных, осуществляет повторный запрос данных в случае потери данных и устраняет дублирование при получении двух копий одного пакета. В отличие от UDP, гарантирует, что приложение получит данные точно в такой же последовательности, в какой они были отправлены, и без потерь.

Реализация TCP как  правило, встроена в ядро системы, хотя есть и реализации TCP в контексте  приложения.

TCP часто обозначают  «TCP/IP». Когда осуществляется передача  от компьютера к компьютеру  через Internet, TCP работает на верхнем уровне между двумя конечными системами, например, интернет-браузер и интернет-сервер. Также TCP осуществляет надежную передачу потока байт от одной программы на некотором компьютере в другую программу на другом компьютере. Программы для электронной почты и обмена файлами используют TCP. TCP контролирует длину сообщения, скорость обмена сообщениям, сетевой траффик.

2.5 UDP

UDP (англ. User Datagram Protocol — протокол пользовательских  датаграмм) — это транспортный  протокол для передачи данных в сетях IP. Он является одним из самых простых протоколов транспортного уровня модели OSI. Его IP-идентификатор — 17.

В отличие от TCP, UDP не гарантирует доставку пакета, поэтому аббревиатуру иногда расшифровывают как «Unreliable Datagram Protocol» (протокол ненадёжных датаграмм). Это позволяет ему гораздо быстрее и эффективнее доставлять данные для приложений, которым требуется большая пропускная способность линий связи, либо требуется малое время доставки данных.

Для взаимодействия сетевых приложений протокол UDP использует 16-ти битные порты, которые могут принимать значения от 0 до 65535.

Порт 0 является зарезервированным, но может использоваться как порт источника, если приложение не ожидает ответных данных.

Порты с 1 по 1023 являются системными и фиксированными, во многих ОС привязка к ним требует повышенных привилегий приложения.

Порты с 1024 по 49151 — зарегистрированные.

Порты с 49152 по 65535 — свободно используемые и временные. Используются клиентскими приложениями для связи с серверами.

2.6 USB

USB (англ. Universal Serial Bus) — универсальная последовательная  шина, предназначенная для подключения  периферийных устройств. Шина USB представляет собой последовательный  интерфейс передачи данных для  среднескоростных и низкоскоростных  периферийных устройств.

Разработка  спецификаций на шину USB производится в рамках международной некоммерческой организации USB Implementers Forum (USB-IF), объединяющей разработчиков и производителей оборудования с шиной USB.

Для подключения  периферийных устройств к шине USB используется четырёхпроводный кабель, при этом два провода (витая пара) в включении используются для приёма и передачи данных, а два провода — для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания, USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания (максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА).

К одному контроллеру  шины USB можно подсоединить до 127 устройств  через цепочку концентраторов (они используют топологию «звезда»).

В настоящее  время широко используются устройства, выполненные в соответствии со спецификацией USB 2.0. Ведётся разработка спецификации USB 3.0.

2.7 IEEE 1394 (FireWire, i-Link)

2.7.1 Основные сведения

IEEE 1394 (FireWire, i-Link) — последовательная высокоскоростная шина, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами.

Различные компании продвигают стандарт под своими торговыми  марками:

Apple — FireWire

Sony — i.LINK

Yamaha — mLAN

TI — Lynx

2.7.2 Преимущества

• Горячее подключение — возможность переконфигурировать шину без выключения компьютера
• Различная скорость передачи данных — 100, 200 и 400 Мбит/с (800, 1600, 3200 Мбит/с IEEE 1394b)
• Гибкая топология — равноправие устройств, допускающее различные конфигурации (возможность «общения» устройств без компьютера)
• Высокая скорость — возможность обработки мультимедиа-сигнала в реальном времени
• Поддержка изохронного трафика
• Поддержка атомарных операций — сравнение/обмен, атомарное увеличение (операции семейства LOCK — compare/swap, fetch/add и т. д.).
• Открытая архитектура — отсутствие необходимости использования специального программного обеспечения
• Наличие питания прямо на шине (маломощные устройства могут обходиться без собственных блоков питания). До полутора Ампер и напряжение от 8 до 40 Вольт.
• Подключение до 63 устройств.

2.7.3 Применение

Шина IEEE 1394 может  использоваться для:

• Соз<span class="dash041e_0431_044b_0447_043d_044b_0439__Char" style="