Urządzenia sieciowe. Tutorial 1 Topologie sieci. Definicja sieci i rodzaje topologii

Transkrypt

1 Tutorial 1 Topologie sieci Definicja sieci i rodzaje topologii Definicja 1 Sieć komputerowa jest zbiorem mechanizmów umożliwiających komunikowanie się komputerów bądź urządzeń komputerowych znajdujących się w różnych miejscach. Integralnym elementem owej komunikacji jest wzajemne udostępnianie sobie zasobów. Definicja 2 Topologia (gr. topos położenie, logos nauka) jest nauką zajmującą się badaniem położenia, rozmieszczenia elementów oraz ich wpływu na powiązania między sobą Wyróżniamy następujące rodzaje topologii: fizyczną odwzorowującą fizyczne połączenia pomiędzy wszystkimi elementami sieci, logiczną obrazującą logiczny przepływ informacji w sieci. Wśród topologii fizycznych wyróżnia się m.in.: topologię magistrali opartą o pojedynczy rdzeń, zaterminowany na obydwu końcach, do którego bezpośrednio podłączone są wszystkie hosty; uszkodzenie rdzenia powoduje brak możliwości komunikacji pomiędzy hostami, topologię gwiazdy, w której wyszczególniony jest węzeł centralny, do którego podłączone są wszystkie hosty; awaria węzła centralnego uniemożliwia pracę sieci; awaria pojedynczego hosta nie zakłóca pracy całego systemu, topologię rozszerzonej gwiazdy będącą połączeniem sieci o topologii gwiazdy poprzez elementy centralizujące; topologia rozszerzonej gwiazdy stanowi odzwierciedlenie rzeczywistych topologii podlegających rozwojowi, topologię pierścienia składającą się z połączonych sąsiadujących hostów tworzących zamknięty pierścień; w topologii tej zarządzanie siecią jest stosunkowo proste, natomiast implementacja tej topologii jest droga; najczęściej realizacja tej topologii wykorzystuje żeton (ang. token) do kierowania ruchem topologię pełnych połączeń stanowiącą połączenie każdego hosta z każdym innym; redundantne połączenia zwiększają bezpieczeństwo i niezawodność sieci oraz drastycznie podwyższają koszty implementacji sieci; szczególne zastosowanie tej technologii ma miejsce w dziedzinach strategicznych, gdzie najważniejsza jest niezawodność sieci. Wybór odpowiedniej topologii sieci pociąga za sobą określone własności zestawianej konfiguracji sieciowej - konkretna technologia sieci określa specyficzne reakcje oraz zachowania urządzeń w sieci, z kolei wybór odpowiedniego modelu sieci wymusza konkretną implementację fizyczną. Podczas projektowania sieci istnieje konieczność znajomości zjawisk w sieci, przeprowadzenia szeregu analiz i symulacji. Po wdrożeniu sieci koniecznym jest wykonywanie badań miejscowych sieci celem utrzymania jej w dobrej kondycji. Urządzenia sieciowe Podstawowe urządzenia sieciowe:

2 koncentrator (hub) - podstawową funkcją koncentratora jest retransmisja sygnału otrzymanego na jednym porcie na wszystkie pozostałe porty (urządzenie rozgłoszeniowe). Możemy wyróżnić koncentratory aktywne (dokonujące wzmocnienia sygnału) wymagające zasilania oraz pasywne (dokonujące retransmisji) i nie wymagające zewnętrznego zasilania. Koncentrator jest urządzeniem warstwy fizycznej modelu ISO/OSI Rys. 1 Urządzenia sieciowe a warstwy modelu ISO/OSI Wzmacniak, regenerator (repeater) - podstawowym zadaniem wzmacniaka jest regeneracja sygnałów w sieci. Regeneracja - WZMOCNIENIE - powoduje wydłużenie rozmiarów sieci. Otrzymane dane nie są analizowane, a wzmocnieniu podlegają zarówno sygnał informacji, jak i niesione wraz z nim zakłócenia. Wzmacniak jest urządzeniem warstwy fizycznej modelu ISO/OSI przełącznik (switch) - podstawowym zadaniem przełącznika jest retransmisja danych z portu źródłowego do określonego portu wyjściowego rozpoznawanego na podstawie adresu fizycznego MAC. Praca przełącznika bazuje na analizie treści przesyłanych danych (zmniejszenie ruchu w sieci poprzez wysyłanie danych jedynie do zainteresowanych stron - segmentacja sieci, zmniejszenie domen kolizyjnych). Ponieważ wysyłanie danych odbywa się na podstawie adresu fizycznego MAC, przełącznik zaliczamy do urządzeń warstwy łącza danych modelu ISO/OSI most (bridge) - most jest urządzeniem łączącym dwa segmenty sieci, które mogą być realizowane w różnych technologiach. Most dokonuje separacji ruchu pomiędzy segmentami pozwalając na przejście między segmentami jedynie danych adresowanych (sprawdzanie na podstawie adresów fizycznych MAC) do innych segmentów niż segment nadawcy. Most zaliczamy do urządzeń warstwy łącza danych modelu ISO/OSI router - najbardziej zaawansowane urządzenie sieciowe. Podstawowym zadaniem routera jest trasowanie czyli wybór najlepszej trasy od węzła źródłowego do docelowego. Router przechowuje informacje o dostępnych trasach zdefiniowanych w sposób stały (routing statyczny) bądź dokonuje wymiany informacji o powiązaniach pomiędzy routerami oraz ich aktualnym stanie z analogicznymi urządzeniami (routing dynamiczny). Router zapewnia segmentację sieci i przełączanie pakietów między przyłączonymi sieciami. Router jest urządzeniem warstwy sieciowej modelu ISO/OSI Podłączenie klientów do sieci wymaga weryfikacji poprawności ustanowionej konfiguracji oraz odpowiedniej reakcji w przypadku wystąpienia sytuacji kryzysowych. Konfiguracja klienta odbywa się poprzez nadanie mu odpowiedniego adresu IP. W przypadku braku połączenia z siecią należy upewnić się, że kabel nie został uszkodzony, wtyczka została podłączona właściwie oraz została przypisana właściwa konfiguracja.

3 Rys. 2 Jeśli sieć nie działa należy się upewnić, że korzystamy z właściwego okablowania i że jest ono prawidłowo podłączone Weryfikacji poprawności konfiguracji dokonuje się za pomocą dwóch podstawowych narzędzi testowych - ipconfig oraz ping (Rys. poniżej): Rys. 3 Działanie polecenia ping Przykładowe komunikaty błędów przedstawione są na poniższych rysunkach. Rys. 4 Przy pomocy polecenia ping możemy zweryfikować komunikację z odległym węzłem

4 Rys. 5 Błędne przypisanie adresu serwera DNS może być również przyczyną problemów z komunikacją pomiędzy komputerami Domeny kolizyjne i rozgłoszeniowe Definicja 1 Domeną kolizyjną nazywamy logiczny obszar sieci komputerowej, w którym może dojść do kolizji pakietów danych nadawanych współbieżnie przez różne stacje. Im więcej kolizji, tym mniejsza efektywność sieci. Do kolizji może dojść na skutek równoczesnego dostępu do współdzielonego medium transmisyjnego różnych stacji nadawczych w celu transmisji danych. Efektywne zarządzanie i projektowanie sieci sprowadza się do organizacji struktury sieci w taki sposób, aby domeny kolizyjne były jak najmniejsze (minimalizacja odsetka kolizji w całości ruchu). Urządzenia sieciowe pierwszej warstwy modelu ISO/OSI (koncentrator, wzmacniak) retransmitują sygnał na wszystkie porty poza nadawczym, co sprzyja powstawaniu kolizji w sieci. O urządzeniach tych mówi się, że rozszerzają domenę kolizyjną. Z kolei urządzenia takie jak przełącznik, most lub router pozwalają na zmniejszenie obszaru domen kolizyjnych poprzez tworzenie dedykowanych kanałów transmisyjnych umożliwiających nadawanie tylko i wyłącznie pomiędzy zainteresowanymi stronami (i jednoczesne zwiększenie ilości domen kolizyjnych). Powstawanie kolizji ilustruje rysunek poniżej. Definicja 2 Rys. 6 Przykład kolizji w domenie kolizyjnej

5 Domeną rozgłoszeniową nazywamy logiczny obszar sieci komputerowej, w którym dowolne urządzenie podłączone do sieci może bezpośrednio dokonać transmisji danych do dowolnego innego urządzenia w obrębie domeny bez pośrednictwa urządzenia routującego. Wszystkie urządzenia w obrębie domeny rozgłoszeniowej są osiągalne poprzez wypełnienie adresu w nagłówku ramki drugiej warstwy modelu ISO/OSI adresem rozgłoszeniowym. Urządzenia warstwy pierwszej modelu czyli koncentrator i wzmacniak oraz warstwy drugiej tj. przełącznik oraz most, przekazują ruch rozgłoszeniowy (ang. broadcast). Wymienione urządzenia rozszerzają domenę rozgłoszeniową. Urządzenia warstwy trzeciej (router) ograniczają rozmiar domeny rozgłoszeniowej. Przykładowa symulacja na poniższym rysunku ilustruje przekazywanie ruchu w obrębie domeny rozgłoszeniowej, na kolejnym rysunku natomiast przedstawiono ograniczenie rozmiaru domeny rozgłoszeniowej przy użyciu routera. Rys. 7 Urządzenia warstwy 1 i 2 modelu ISO/OSI nie ograniczają rozmiarów domeny rozgłoszeniowej a warstwy 3 ograniczają.