Изграждане и проектиране на компютърни мрежи

[Mozo]

Технически Университет - Габрово

Факултет: Електротехника и Електроника
Специалност: КТТ

КУРСОВА РАБОТА
Тема: Проектиране и изграждане на LAN мрежи. Адресиране в LAN мрежите. Приложни LAN операционни системи и протоколи. Взаимно свързване на LAN през глобалната мрежа WAN. WAN базирани на различни мрежови технологии.

Съдържание
===========
I. Общи сведения и понятия, топология, технологии, стандарти при LAN мрежите
1. Общи сведения
2. Типове мрежи
3. Топология на мрежите
4. Модел OSI
5. Мрежови архитектури и стандарти
II. Физически и мрежови адреси
1. Какво е MAC адрес
2. MAC адрес и IP адресиране
3. Намиране на MAC адреса в Windows и Linix
4. IP адреси
5. IP класове
6. Запис на IP адреси
7. Безкласови адреси
8. Подмрежи
9. Запис на адреси от тип адрес/ дължина на префикса
10. Съпоставяне на адресите
III. Интернет протоколи
1. IP
2. TCP
3. UDP
4. PPP
5. FTP
6. HTTP
7. SMTP
8. POP3
9. IMAP
10. DNS
11. DHCP и BOOTP
12. IRC
IV. Взаимно свързване на LAN през глобалната мрежа WAN
1. Общи сведения
2. Връзки от точка до точка (Point-to-Point Links)
3. Circuit Switching
4. Packet Switching
5. Сравнение между Circuit Switching и Packet Switching
6. WAN Virtual Circuits
V. WAN базирани на различни мрежови технологии
1. WAN Switch
2. Access Server
3. Modem
4. ISDN Terminal Adapter
5. Кабелен модем
6. CSU/DSU

I. Общи сведения и понятия, топология, технологии, стандарти при LAN мрежите
1. Общи сведения
Мрежата представлява два или повече компютъра, свързани един с друг спомощта на необходимия за целта хардуер и програмни средства, позволяващи им да обменят информация помежду си и между други устройства.
Хардуерната връзка между отделните компютри и другата, участваща в мрежата периферия може да бъде изградена спомощтана кабели (коаксиални, усукана двойка, оптични), или спомощта на някоя безжична технология (IRDA, Bluetooth). За осигуряването на мрежовата връзка се "грижат" множество мрежови протоколи (TCP/IP, NetBEUI, AppleTalk, PPTP, DHCP), за които ще стане дума по-нататък.
Най-общо казано, има два типа мрежа-LAN (Local Area Network-локална мрежа) и WAN (Wide Area Network-мрежа върху широка област). LAN е мрежа между множество компютри и периферия, физически разположени в една достатъчно малка като размер област-например, в рамките на една или няколко съседни сгради.
WAN е мрежа, която може да се простира на огромно разстояние, като главната й цел е да свързва съществуващите LAN в една мрежа. На свой ред, една WAN може да бъде свързана към друга WAN, образувайки по-висшо ниво в мрежовата йерархия. Най-удачният пример за WAN и Интернет.
Скоростта на предаването на данни между две мрежови устройства е дин от най-важните показатели, характеризиращи мрежата и се измерва в брой битове, предадени за една секунда. В синхрон с нарастващите скорости на предаване на данни се появиха съвсем логично и съответните съкращения от типа на Kbps, Mbps, Gbps, означаващи хилядни, милионни и милиардни битове за секунда. Имайте предвид, че закупувайки 100-мегабитова карта, няма да получите скорост на трансфер от 100 Mbps, дори и нещо, доближаващо се до тази цифра, като това се дължи на множество причини (например действащи протоколи за корекция на грешки, шумове по линията, инициализиращи процедури на мрежови устройства). За 100 Mbit-овата карта реалната скорост на предаване на данните ще бъде някъде в интервала между 5-10 Mbps, за една 10 мегабитова-примерно около 10 пъти по-малка.
По отношения конструкцията на LAN можете да срещнете множество термини, като основните от тях са:
• тип мрежа-мрежа с развноправен достъп и тип клиент-сървър
• топология-шинна, кръгова и звезда
• архитектура-Ethernet, TokenRing
2. Типове мрежи
Същствуват два основни типа локални мрежи, различаващи се по това, какви права имат свързаните в мрежата компютри и по кой начин ги получават. В мрежа с равноправен достъп всеки компютър има равни с другите права, докато в една мрежа тип клиент-сървър тъкмо сървъра определя правата за достъп до другите участници в мрежата при подадена заявка от всеки един компютър-клиент. Между другото, една локална мрежа може да бъде комбинация от двата типа.
Мрежа с равноправен достъп
Както следва от наименованието на този тип мрежи, всички участници в нея са равнопоставени, и в един момент един компютър може да действа като сървър, а в друг-като клиент. Достъпът до общите мрежови ресурси не се администрира от отделен сървър, както е при мрежите тип клиент-сървър. Този тип мрежи се използва, когато броят компютри е сравнително малък и няма нужда от централизирано съхраняване на файлове и мрежови приложения. Поддръжката на този тип мрежа е вградена във всички версии на операционните системи на Microsoft: 95,98,Me, 2000 и XP, включително и в Home edition.

Към другите предимства на този тип мрежи можем да отнесем ниската цена на изграждане, лесното администриране на всеки отделен компютър (възел), липсващата необходимост от мрежов системен администратор, който би трябвало да се грижи за конфигурирането и администрирането.
Мрежа тип клиент-сървър
В този тип мрежи предназначението на отделните машини е фиксирано от самото начало-може да има един (или няколко) сървър(а), управляващ(и) достъпа до ресурси и услуги на свързаните към него работни станции.

На сървъра могат централизирано да се съхраняват файлове и приложения, достъпни за използване от всеки компютър, което предполага, че ако сървъра е включен, всеки от компютрите-клиенти може да получи достъп до файловете във всеки един момент. В мрежите с равноправен достъп, при положение, че файловете са споделени (sharing) на някой от компютрите, има изискване той да не се спира, за да осигурява достъпа до определената информация.
Нивото на сигурност в една машина от този тип може да бъде относително лесно повишено благодарение на централизираното управление, обикновено извършвано от мрежовия администратор, който, освен това, може да се грижи и за централизирано архивиране на данните, инсталирането на приложения, администрирането на потребителите и т.н. Мрежите от този тип освен, че са по-бързи от мрежите с равноправен достъп, позволяват включването на повече устройства (не само компютри, но и мрежови принтери и др.), достъпът до които е по-бърз, отколкото при мрежите с равноправен достъп. От друга страна, оборудването за изграждане на този тип мрежи е в пъти по-скъпо, за изграждането и администрирането им е необходиммрежов администратор, който, освен всичко друго, трябва да се занимава и с въпросите на сигурността, особено ако мрежата е свързана към Интернет или към друга мрежа.
Комбиниран тип мрежи
Както сигурно се досещате, този тип мрежи е комбинация от горните два типа-мрежа с равноправен достъп и мрежа клиент-сървър. Много често поради спецификата на задачите, които се изпълнават в рамките на една организация, този тип мрежи е за предпочитане.

Както се вижда от схемата, една обособена част от мрежовите устройства, образуващи работна група, образуват мрежа с равноправен достъп, в която ресурсите се споделят между тях, без да се ангажира сървъра. Същевременно, същите компютри са свързани и към сървър, който е част от мрежа тип клиент-сървър. Така, от една страна сървърът контролира първостепенните ресурси, необходими на цялата мрежа, а от друга, не отделя ресурси за управлението на устройства, необходими за работата само на компютрите от работната група, свързани в мрежа с равнопоставен достъп.
3. Топология на мрежите
Най-общо казано, топологията на компютърните мрежи е начинът, по който физически (пространствено) и логически са разположени устройствата и мрежовите връзки. Най-широко са разпространени следните топологии: кръгова (ring) , звезда (star) , шинна (bus), дървовидна (tree) и директна връзка (mesh).
Кръгова
При тази топология отделните устройства са свързани в мрежа, в която връзките, условно казано, имат формата на кръг.

По този начин, всеки един възел от мрежата има по две връзки-по една към всеки съседен възел. Когато мрежата е малка (примерно, 4-5 възела), закъснението, което се получава докато един пакет пропътува по кръга до намирането на получателя му е относително малко. Обаче, ако мрежата е съставена от около десетина възела, времето нараства значително, което први този тип топология неефикасна за по-големи мрежови конструкции.
Звезда
Тази топология е най-разпространената в момента, и то може да се използва и за двата типа мрежи-с равноправен достъп и тип клиент-сървър.

При тази топология всеки възел от мрежата е свързан към отделен порт на устройство, наречено концентратор или повторител (repiter) или хъб (hub). Ако връзката между едно от устройствата и R/HUB-a бъде нарушена, това няма да попречи на цялостната работа на мрежата (стига това да не е мрежа тип клиент-сървър и това да е връзката към сървъра). Разбира се, при дефект в концентратора (хъба) цялата мрежа спира да работи. Съвременните 100 Mbit/1 Gbit мрежи се изграждат по тази топология.
Шинна топология
Позната е още под името линейна или последователна. Всички възли от мрежата се свързват към един кабел, в някои източници наричан "опорна магистрала". Ако кабелът се повреди някъде по средата на опорната магистрала, мрежата престава да работи и в двете й части.

Мрежи, изградени с коаксиален кабел, изискват терминиране (запушване) в двата им края. Ако някой от терминаторите дефектира, това също води до излизането от строя на този сегмент от мрежата.
Изборът на предпочитаната топология за изграждане на мрежата зависи от задачите, които тя ще изпълнява, от възможностите ви или пък е обусловена от стандарта на мрежата, която ще изграждате. Възможно е част от устройствата да са свързани с използването на една топология, другата част използва друга топология и след това двата сегмента се свързват помежду си.
4. Модел OSI
Този модел, OSI (Open System Interconnect), разработен от международната организация за стандартизация ISO описва структурата на една идеална мрежова връзка, използвайки понятието нива на взаимодействие на мрежовите компоненти. Моделът OSI съдържа седем нива на взаимодействие, които са относително автономни и могат да се разграничават.
НИВО
ОЗНАЧЕНИЕ
1
Физическо
2
Канално
local link control


media access control
3
Мрежово
4
Транспортно
5
Сесийно
6
Представително
7
Приложно
1. Физическо ниво-отговаря за приемането и предаването на бинарните данни. Това ниво определя електрическите, механическите и процедурните характеристики на канала между крайните системи. Точно спецификациите на физическото ниво определят нивата на напреженията, скоростта на предаване на физическата информация, фиксира изискванията за средата за предаване на изнформация и т.н.
2. Канално ниво-осигурява транспортирането на данните под физическото ниво, подсигурявайки физическата адресация, мрежовата топология, информиране за неизправности, администрирането на информационният поток.
3. Мрежово ниво-отговаря за избор на маршрута между двете крайни устройства, дори те да се намират в различни географски райони, за разлика от физическото ниво, което следи само близкостоящите мрежови връзки.
4. Транспортно ниво-най-високо в йерархията на нивата, отговарящи за транспорта на данни. Осигурява следенето за цялостност на изпращаните или получаваните данни, контролира потока и последователността на пакетите с данни, осигурява механизмите за функционирането на виртуалните канали и системите за откриване и отстраняване на неизправности.
5. Сесийно ниво-на основата на множество мрежови протоколи установява, управлява и затваря сеансите за взаимодействие между приложенията, администрирайки заявките им.
6. Представително ниво-осигурява "читаемост" на информацията, изпращана от представителното ниво на една система към същото ниво на друга система. За целта това ниво може да транслира изпращаната информация към някакъв общ формат, разбираем за другата система.
7. Приложно ниво-осигурява изпълнението на потребителските задачи, служейки за интерфейс между крайният системен потребител и мрежовите услуги. На това ниво се синхронизират съвместно работещите приложения, идентифицират се устройствата, с които ще се установява връзка, оценява обемът на ресурсите, необходими за предполагаемата връзка.

II . Физически и мрежови адреси

В компютърните мрежи, Media Access Control (MAC) адреса е толкова важен колкото и IP адреса.
1. Какво е MAC адрес?

MAC адреса е уникална стойост свързана с мрежовата карта било тя жична или безжична. MAC адреса се нарича още хардуерен (hardware) или физически (physical) адрес. Тези адреси са уникални за всеки мрежов адаптер в мрежата.
MAC адресите представляват 12 цифрено шестнадесетично число. По правило, MAC адресите се записват по един от следните два начина:
MM:MM:MM:SS:SS:SS
MM-MM-MM-SS-SS-SS
Първата половина на MAC адреса съдържа идентификационния номер на производителя на мрежовата карта. Втората част представлява сериен номер за адаптера произведен от съответния производител.
MAC адресите подобно на TCP/IP и други основни мрежови архитектури са адаптирани към OSI модела. В този модел функционирането на мрежата е разделено на слоеве. MAC адресите функционират в каналния (слой 2 на модела OSI). MAC адресите позволяват на компютрите, уникално да се идентифицират в мрежата на относително ниско ниво.
2. MAC и IP адресирането
Докато MAC адресите работят в каналния слой, IP адресите работят в мрежовия (слой 3). Доста опростено може да се каже, че IP адресите се отнасят до софтуерното изпълнение а MAC адресите до хардуерното изпълнение на мрежовия пакет. MAC адресите по същество остават непроменени и следват мрежовото устройство, но IP адреса се променя когато мрежовото устройство се мести от една мрежа в друга (например, взимаме своя лаптоп и го свързваме в домашната мрежа и в мрежата на работа IP адреса на лаптопа вероятно ще е различен за двете мрежи, но MAC адреса ще се запази непроменен).
IP мрежите поддържат карта между IP адреса на дадено устройство и неговия MAC адрес. Тази карта е позната като ARP кеш или ARP таблица. ARP (Address Resolution Protocol), поддържа логика за получаване на тази карта и поддържане на кеша актуален.
DHCP също разчита на MAC адресите, за да управлява назначаването на уникални IP адреси на устройствата.
3. Намиране на MAC адреса.
Метода за намиране на MAC адреса зависи от типа на мрежовото устройство. Всички популярни мрежови операционни системи съдържат удобни програми, които позволяват да намерите и понякога да смените MAC адрес настройките.
Намиране на MAC адреса във Windows
В Windows 95/98/ME winipcfg показва MAC адресите на компютъра. Ползвайте ipconfig с опция /all в Windows NT и по-новите му версии. Winipcfg и ipconfig може да покажат повече от един MAC адрес за един компютър. За всяка инсталирана мрежова карта (жична или безжична) съществува по един MAC адрес. Допълнително Windows поддържа един или повече MAC адреса, които не са свързани с физическа мрежова карта.
Например, Windows dial-ip networking използва виртуален MAC адрес за да управлява телефонната връзка така все едно е мрежова карта. Някои Windows VPN клиенти имат техен собствен MAC адрес (например cisco vpn клиента). MAC адресите на тези виртуални мрежови адаптери имат същата дължина и формат като истинските MAC адреси.
Намиране на MAC адрес в LINUX
Командата за намиране на MAC адреса в Linux е "ifconfig -a".
4. IP адреси
Интернет протоколът обменя данните между хостовете под формата на дейтаграми. Всяка дейтаграма се доставя до адреса, съдържащ се в полето Destination Address от заглавната ú част. Destination Address е 32 битов адрес, съдържащ достатъчно информация за еднозначна идентифициране на мрежа от определен хост.

5. IP класове:

IP адресът съдържа мрежова част и хост част, чиито размери се различават според използвания клас. Най-често използвани са класовете A, B, C.
• Ако първият бит на IP адреса е 0, адресът е на мрежа клас А. Първият бит от клас А определя класа на адреса. Следващите 7 бита определят мрежата и последните 24 бита определят хоста.

• Ако първите 2 бита от адреса са 1 0, адресът е на мрежа клас В. Първите 2 бита от клас В определят класа на адреса. Следващите 14 бита определят мрежата и последните 16 бита определят хоста.

• Ако първите 3 бита от адреса са 1 1 0, адресът е на мрежа клас С. Първите 3 бита от клас С определят класа на адреса. Следващите 21 бита определят мрежата и последните 8 бита определят хоста.

• Ако първите 4 бита от адреса са 1 1 1 0, той е multicst address. Тези адреси са от клас D. Multicast адресите са адреси на греупи компютри, които използват едно и също приложение (видеоконференция).
• Ако първите 4 бита са 1 1 1 1, той е специален резервиран адрес. Тези адреси могат да се наричат адреси от клас Е, но те не се отнасят за определени мрежи. В момента този тип не се използва.

Целият материал: