Негізгі желілік топологиялар

Желіні кұру барысында оған қойылатын талаптарға сай төменде келтірілген желілік топологиялардың біреуі қолданылуы мүмкін.

Күрделі құрылым. Типтік және классикалық құрылымдардың жиынтығы.

Локальды және аймақтық бөлшектенген желілердің архитектурасымен байланысты негізгі компоненттер мен технологиялар:

• 
  Кабельдер
  
• 
  Желілік интерфейстік тақша (NIK, Network Interfase Card)
  
• 
  Концетраторлардан
  
• 
  Коммутаторлардан
  
• 
  Бағыттауыштардан (аймақтық бөлшектенген желілер)
  
• 
  Модемдерден (аймақтық болшектенген желілер) тұрады.
  

Иілгіш қос сым түріндегі кабель екі түрде кездеседі: экрандалған иілгіш кос сым (ТР, Twisted Pair) және экрандалмаған иілгіш қос сым (UTP,Unshielded Pair). Кабельдің екеуі де өзара байланған мыс сымдардан тұрады. Экрандалмаған иілгіш қос сым типті кабель өзінің арзандығымен, жұмсақтығымен, орнатуға жеңілділігімен белгілі. Бұл типті кабельдің жалғыз ғана кемшілігі электрлік сымдардағы кедерігілерге төтеп бере алмауында. Иілгіш қос сым типті кабельдер 3, 4 және 5 категориялы болып келеді. Категория номері жоғарылаған сайын ол кабель жоғарғы жылдамдықты қолдайды.

Бұл типті кабельдер теледидардың кабельдеріне ұқсас келеді. Олармен жұмыс істеу қиындық тудыратын болғандықтан, кейінгі кезде иілгіш қос сым түріндегі мен оптикалық талшықты кабельдер қолданылады.

Оптикалық талшықты кабельдер пакет түріндегі деректерді 10, 100 немесе 1000 Мбит/с жылдамдықпен өткізеді. Деректер оптикалық талшықтар арқылы импульстар түрінде жіберіледі. Ол электр сымдарындағы кедергілерден қорғауды және деректерді алыс қашыктыққа жіберуді жақсы қамтамасыз ететіндіктен, көбінесе орталық магистральдық желілерде қолданылады.

Желілік интерфейстік тақташа (NIK, Network Interfase Card) дербес және портативті компьютерлерге қойылады. Олар локальды желідегі басқа құрылымдармен байланысты қамтамасыз етеді. Өнім шығарушыларға әртүрлі талап қоятын дербес компьютерлерге арналған желілік тақшалардың түрлері көп.

Қазіргі замандағы желілік тақташалар (желілік адаптерлер) өнімділікті арттыруда, желідегі трафикке жауап беру кезіндегі үстемділікті анықтауда, трафик мониторингісінде үлкен рөл атқарады. Олар орталық станциядан алыстан екпіндету немесе конфигурацияларды алыстан өзгерту сияқты қызмет атқарады.

Желіні физикалық құру

Физикалық құру үшін мынадай кұрылғылар қолданылады: қайталаушылар, концентраторлар.

Ақпараттар немесе электр сигналдары желі бойына кабельдің бір шетінен екінші шетіне өтуі арқылы тарайды. Мұндай да ештеңке қолданбаса, сигнал кабельдің бір шетіне барып шағылады. Ал сигнал шағылғанда басқа компьютерлер байланыса алмайды. Сол себепті кабельдің әр шеттеріне терминатор (terminators) деген құрылғыларды орнатады, олардың жұмысы осы сигналдарды шағылыстырмай, өзіне сіңіріп алу.

Желіні үлкейту үшін, кабельдерді ұзартады. Ұзару кабельдің бір ұшына басқа кабельді косады. Бұл екі жолмен орындалады Біріншісі баррел-коннектор (barrel connektor), екіншісі қайталаушы (repeatеr) (1-сурет). Қайталаушы коннекторға карағанда сигналды күшейтеді, келесі сегіментке жібереді.

1-сурет. Қайталаушы

Желінің тәртіптіленген кабельдік конфигурациясына кіретін барлық ДК-лер концентратор арқылы байланысады. Концетратор (Һаb) — көп кірісті құрылғы, жұмысы бірнеше ДК-лерді, яғни физикалиқ сегменттерді біріктіреді.

Желіні құру үшін концентраторлардан бастап орталық түйіннің қызметін атқаратын күрделі кұрылымдар және әртүрлі стандарттар қолданылады (Etherent, Fast Etherent, Gigabit Etherent, FDDI). Стектік, өсіруші концентраторлар желіні біртіндеп ұзартуға мүмкіндік береді. Олар бір біріне кабельдер арқылы қосылады да бір концентратор сияқты жұмыс істейді.

Олар бір желілік сегменттің аймағын колдай отырып, өздеріне қосылған қолданушыларға бір жіберу жолағын ұсынады. Порттарды кірістіруді пайдаланатын концентратор немесе сегментелінген концентраторлар қолдаушыларға концентратордың ішкі төрт сегментінің бірін ұсыну арқылы проблемаларды шешеді (SuperStack II PS Hub). Мұндай үрді жіберу жолағын колданушылар арасында дұрыс бөлуге және желіге түсетін ауырлықты теңдендіруге жол ашады.

Қосжылдамдықты концентраторлар (dual speed) желілік сегметтерді ортақ пайдаланатып казіргі заманғы желілерде қолданылып жүр. Олар бар арналарды Etherent 10 Мбит/с қолдай отырып, жаңадан пайда болған арналарды (Fast Etherent 100 Мбит/с) түсінеді және конфигурацияны қолдан икемдемей-ақ олардың қосылу жылдамдығын автоматты түрде қабылдайды. Бұл, мысалы, Etherent-тен Fast Etherent-ке өткен кезде қосылыстарды жаңалауды жеңілдетеді.

Сонымен қатар, концентраторлар кабельдерді қосқан кезде конфигурацияларды өзгерту, бұзылуларды табу, орталықтан басқару сияқты амалдарды орындауды жеңілдететін орталық нүктенің рөлін атқарады.

Желінің кандай да бір сегменті үшін тек осы сегмент аймағында трафикті таратуды трафикті жергіліктендіру (бөлектеу) деп атайды. Желіні логикалық құру дегеніміз - оны трафикті жергіліктендіру (белектеу) арқылы сегменттерге бөлу процесі. Желіні логикалық құру үшін көпір, каммутатор, бағыттауыш, шлюз сияқты коммуникациялық құрылғылар колданылады.

Көпір (bridge) желінің бөлінген ортасы логикалық сегменттер деп аталатын бөліктерге бөледі және акпараттарды бір сегменттен екінші сегментке жібереді, яғни деректердің желі бойынша тасымалдау өнімділігін арттырады және деректерге рұқсатсыз енуге тосқауыл болады.

Коммутатор - порттар арасындағы пакеттерді кірістіруді қамтамасыз ететін көппортты кұрылым. Коммутатор өзіне қосылған әрбір құрылымға желінің өткізу жолағын түгелдей береді. Бұл өнімділікті арттыра отырып, сегментке хабарласатын қолданушылардың саны есебінен желінің жауап беретін уақытын азайтады. Егер олар жіберу жылдамдығын автоматты түрде танитын құрылғалармен қамтамасыз етілген болса, тиімді жылдамдыққа өздері икемделеді де конфиурацияны қолдан өзгертудің кажеті болмайды.

Коммутатордың көпірден негізгі айырмашылығы оның әрбір портында кадрларды көпір алгоритмі бойынша басқа порттың процессорларынан тәуелсіз өңдейтін арнайы процессор орналасқандығында және оны өз кезегінде коммуникациялық мультипроцессор деп те қарастыруға болады.

Әрбір портта қабылданатын барлық пакеттерді жан-жаққа тарататын концентраторлардан коммутаторлардың айырмашылығы олар пакеттерді тікелей арнайы құрылғыға (адрссатқа) ғана жібереді, себебі желіге қосылған әрбір құрылғының МАС-адресін (Media Accses Control) біледі. Соның нәтижесінде трафик азайып, желінің жалпы жіберу мүмкіндігі артады.

Қазіргі заманғы коммутаторлар трафиктің үстемдігін тағайындау, желіні баскару, көп адрес бойынша жіберу сияқты функцияларды да атқарады.

Көпірлер мен коммутаторларды қолдануға қойылатын шектеулер коммуникациялық құрылғылар қатарын бағыттауыштармен толықтыруға әкелді. Бағыттауыштар көпірлерге қарағанда неғұрлым сенімді және үнемді, желінің жеке бөліктерінің трафиктерін бір-бірінен бөледі. Бағыттауыштар жазық аппараттық емес, сандық адрестерді қолданатындықтан, нақты адрестеу арқылы логикалық сегменттер құрады. Бұл адрестерде желі нөмірі өрісі көрсетілгендіктен, осы өрістің мәні бірдей компьютерлердің барлығы бір сегментке тиеселі.

Бағыттауыштар жабық контурлы желіде бірнеше мүмкін бағыттар ішінен ең тиімді бағатты таңдау қызметін атқарады.

Атап өткен құрылғылардан басқа желінің жеке бөліктері шлюз арқылы қосылады. Көбінесе әртүрлі типті жүйелік және колданбалы программалық жабдықтаған желілерді қосу кажет болған жағдайда шлюзді қолданады. Сонымен қатар шлюз кейбір косымша эффектілер ретінде трафикті локализдейді

Қолданушыларға ортақ сырттан ену мүмкіндігін беретін бағыттауыштарға карағанда модем әр уақыт тек бір қосылуды қолдайды.

1. 
   Жергілікті желі дегеніміз не?
   
2. 
   Оның жұмыс істеу принциптері қандай?
   
3. 
   Негізгі желілік топологияларды атаңыз?
   
4. 
   Кабельдердің түрлері қандай? Олардың айырмашылықтары мен артықшылықтары неде?
   
5. 
   Желіні физикалық құру дегеніміз не?
   
6. 
   Желіні логикалық құру дегеніміз не?
   

1969 жылы ARPA агенттігі (алдыңғы қатардағы зерттеу жобаларының агенттігі)ARPANET желісін құрды.Сол жылдары мамандар TCP/IP негізін құра бастады және 1983 жылда қабылданды.Осыдан кейін ARPANET қосылған барлық хосттардан (компьютерлер) тек осы хаттамалармен жұмыс істеуін талап етті.Осы уақытта Internet термині тарала бастады.1985 жылда Ұлттық Ғылымдар Қоры кейін Internet-ке қосылған өзінің NSFNet желісін құруға қатысты.

Internet - тұтас бір логикалық желі деп айтуға өзара бірыңғай IP хаттамасымен қосылуы негіз болатын физикалық түрде бөлек желілердің кез-келген жиыны. Internet-тің кең өріс алуы TCP/IP хаттамаларына аса қызығушылық тудырды және корпоративті желілерді құруда қолданыла бастады.

Internet-тің функциялары:

• 
  E-mail жіберу және қабылдау.
  
• 
  Түрлі ақпаратты алу мүмкіндігі.
  
• 
  Қарым қатынасқа түсу мүмкіндігі.
  
• 
  Зерттеулерге қатысу мүмкіндігі.
  
• 
  Программалық жабдықталуды алу.
  
• 
  Виртуалды келіп-кету мүмкіндігі.
  
• 
  Музыка тыңдау,басып алу.
  
• 
  Видео көру.
  
• 
  Ойындар.
  

Internet хаттамаларын кез-келген өзара біріккен желілер жиыны арқылы мәліметтерді жіберу үшін пайдалануға болады.Тура сондай дәрежеде локальды және глобальды желілердегі байланыс үшін де жарамды. Internet хаттамаларының комплектілеріне тек қана төменгі деңгейлердің (TCP/IP сияқты) спецификацияларымен қатар пошта терминалдар эмуляциясы және файлдарды жіберу сияқты жалпы қолданулардың спецификациялары кіреді.

Хаттамалар Requests for comments (RFS) (комментарийге деген сұраныс) делінетін құжаттарға анықталады. RFS жарияланады, одан кейін Internet мамандары рецензиялайды және талдайды. Хаттамаларға анықтаулар жаңа RFS- терде жарияланады.
Желілік деңгей

IP Internet хаттамаларының комплектісін де 3-ші деңгейінің негізгі хаттамасы болып табылады. Біріккен желілердегі маршрутизацияға қоса IP фрагментацияны және дейтаграммаларды қайта жинауды, қателер туралы хабарлады қамтамасыз етеді.TCP-мен қатар IP Internet хаттамалар комплекттісінің негізін құрайды.

IP атауы қолданылып отырған IP версиясының нөмірін көрсететін версия нөмірінен (version number) басталады.

Атау ұзындығының өрісі (IHL) дейтаграмма атауының 32-биттік сөздердегі ұзындығын білдіреді.

Қызмет типінің өрісі (type-of-service) жоғарғы деңгейінің нақты хаттамалық нұсқауына сәйкес ағымдағы дейтаграмма қандай жолмен өңделуі керектігін көрсетеді.Бұл өрістің көмегімен дейтаграммаға маңыздылықтың әр түрлі деңгейлері тағайындалуы мүмкін.

Жалпы ұзындық өрісі (total length) мәліметтер мен атауына қоса IP пакетінің байттардағы ұзындығын анықтайды.

Идентификация өрісінде (identification) ағымдағы дейтаграмма білдіретін бүтін сандардан тұрады.Ол өріс дейтаграммалардың фрагменттерін біріктіру үшін керек.

Жалаулар өрісі (flags)(құрамына DF бит,MF бит және фрагменттің қозғалысы кіреді) берілген дейтаграмма фрагменттеліну мүмкіндігін және ағымдағы фрагменттің соңғы болуы мүмкіндігін анықтайды.

Өмір сүру (time-to-live) мәні нольге дейін төмендейтін санауыш болады, бұл уақытта дейтаграмма қабылдамайды. Бұл пакеттердің тұрып қалуына жол бермейді.

Хаттама өрісі (protocol) жоғары деңгейдің қай хаттаманың IP таңдауы аяқталғаннан кейін кіруші пакеттерді қабылдайтындығын білдіреді.

Атаудың бақылау қосындысының өрісі (header checksum) ID атауының тұтастығын қамтамасыз етеді.

Шығару адресі мен бағытталу пунктінің өрісі (source and destination address) жіберілген және қабылдайтын тораптарды білдіреді.

Опциялар өрісі (options) IP-ге мәліметтерді қорғау сияқты факультативті мүмкіндіктермен қамтамасыз етеді.

Мәліметтер өрісі (data) жоғарғы деңгейдің ақпараты болады.

TCP/IP желісіндегі әр компьютердің 3 деңгейлі адресі болады:

Тораптық локальды адресі, ол құрамына осы торап кіретін бөлек желіні құру технологиясымен анықталады. Локальды желіге кіретін тораптар үшін - бұл желі адаптердің немесе маршрутизатор портының MAC-адресі болып табылады. Мысалы, 11-AO—17-3D-BC-01. Бұл адресті орталықтан басқарылатындықтан өндірушілер тағайындайды және бірден-бір адрес болып келеді. Локальды желілердің барлық технологиялары үшін MAC-адресінің 6-байтты форматы бар:үлкен 3 байты - өндіруші фирманың идентификаторы, ал 3 кіші байтты бірегей жолмен өндіруші тағайындалады. X.25 немесе frame relay сияқты глобальды желілерге кіруші тораптар үшін локальді адресті глобальды желінің администраторы қояды.

4 байттан тұратын IP адрес, мысалы 109.26.17.100. Бұл адрес желілік деңгейде қолданады. Оны компьютерлерді және маршрутизаторларды конфигурациялау кезінде администратор тағайындайды. IP адресі 2 бөліктен тұрады: желі нөмірі және торап нөмірі. Желі нөмірін администратор еркімен таңдалуы мүмкін, алайда егер желі Internet-тің құрамдас бөлігі ретінде жұмыс істейтін болса, онда Internet-тің арнайы бөлімшесінің ұсынуы бойынша тағайындалады. Әдетте Internet-тің қызметтерінің провайдерлері NIC бөлімшелерінен адрестердің диапазонын алып, абоненттерінің арасында бөледі.

IP хаттамалары торап нөмірі тораптың локальды адресіне тәуелсіз қабылданады. IP адресінің желі нөмірінің өріске және торап нөміріне бөлінуі икемді және осы өрістер арасындағы шекара өздігінен белгіленуі мүмкін.Торап бірнеше IP желілерге кіруі мүмкін. Мұндай жағдайда тораптық желілер санына байланысты бірнеше IP адрестері болуы керек. Осылайша IP адрес бір бөлек компьютер немесе маршрутизаторды емес, бір желілік байланысты сипаттайды.

Символдық идентификатор аты мысалы post.kazsu.kz. Бұл адресті администратор тағайындайды және бірнеше бөліктерден құралады. Мысалы машина атауы, ұйымның аты, домен аты. DNS атауы депте аталынатын бұл адрес қолданбалы деңгейде қолданылады. Мысалы, FTP немесе telnet хаттамаларында.

Желілік деңгейдің басқа хаттамаларындағыдай біріккен желі арқылы IP диаграммаларының маршруттау процесіне қатысты IP адресациясының сызбанұсқасы интегралды болып келеді.

IP адресінің ұзындығы 2 немесе 3 бөлікке бөлінген 32 биттен тұрады.1-кестеде IP желілеріне арналған адрестердің форматтары көрсетілген.

Адрес екі логикалық бөліктен тұрады. Олар желі нөмірі және желідегі торап нөмірі.Ал қайсы бөлігі желі нөміріне, қайсы бөлігі торап нөміріне жатуы адрестің алғашқы биттерінің мәнімен анықталады.

Егер адрес 0-ден басталса, онда желі А класқа жатады және желі нөмірі 1 байт алады,ал басқа 3 байт желідегі торап нөмірі деп түсіндіріледі.А кластағы желілерде 1-ден 126-ға дейінгі диапазондағы нөмірлер бар. (0 нөмірі қолданылмайды, ал 127 нөмірі арнайы мақсаттарға сақталған, ол төменде айтылады). А класының желілеріндегі тораптар саны 216-дан көп, бірақ 224 аспауы керек.

А классы	0	Желі №	Торап №
В классы	10	Желі №	Торап №
С классы	110	Желі №	Торап №
D классы	1110		Multicast топтық адресі
E классы	11110		Сақталған

1-кесте. IP желілеріне арналған адрестердің форматтары

Егер адрестің алғашқы екі биті 10-ға тең болса,онда желі В класына жатады және торап саны 28-216 болатын орташа өлшемді желі болып саналады. В класының желілерінде желі адресі мен торап адресіне 16 биттен, яғни 2 байттан беріледі.

Егер адрес 110 тізбегінен басталса,онда желі С класына жатады, торап саны 2-ден аспайды. Желі адресіне 24 бит, торап адресіне 8 бит арналады.

Егер де адрес 1110 тізбегінен басталса, онда ол multicast деп аталатын ерекше топтық адресті білдіріп, D класты адреске жатады. Егер пакетте бағытталу адресі ретінде D класының адресі берілген болса,онда пакет осы адресті меншіктенген барлық тораптар алуы керек.

Егер адрес 11110 тізбегінен басталса, онда ол Е класының адресі және болашақта пайдалануға сақталған.

Келесі кестеде ір желілер класына сәйкес келетін адрестер диапазоны келтірілген.

Класс	Ең кіші адрес	Ең үлкен адрес
A	01.0.0.0	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

Арнайы адрестер туралы келісімдер: broadcast, multicast, loopback

DNS (Domain Name System) - бұл Internet желісінде түйінді идентификациялау үшін иерархиялық аттар жүйесін қолдайтын бөлінген мәлімет базасы. DNS қызметі түйіннің белгілі символдық аты бойынша IР-адресті автомтты түрде іздеуге арналған. DNS IР-адресті компьютердің адресін көрсететін кестелердің статистикалық конфигурациясын талап етеді.

DNS хаттамасы қолданбалы деңгейдегі қызметтік хаттама болып табылады. Бұл хаттама симметриялы емес, онда DNS -серверлері мен DNS-клиенттері анықталған. DNS -серверлері символдық аттары мен IР-адресінің сәйкестігі жөніндегі бөлінген мәлімет базасының бір бөлігін сақтайды. Бұл мәлімет базасы Internet желісінің административті доменалары бойынша бөлінген. DNS серверінің клиенттері DNS серверінің IP адресін, өз административті доменін біледі және IP хаттамасы бойынша сұраныс жібереді, бұл сұраныста белгілі символдық атты хабарлайды және оған IР -адресті қайтаруды сұрайды.

Егерде сұралған сәйкестік DNS-серверінің мәлімет базасында сақталған болса, ол жауапты клиентке дереу жібереді, ал жоқ болса, онда ол сұранысты басқа доменді DNS серверге жібереді, ол өзі сұранысын өндей алады, немесе басқа DNS -cepвepгe жібереді. Барлық DNS -серверлер Inter­net желісінің домендерінің иерархиясьша сәйкес иерархиялы түрде біріктірілген. Клиент керекті көрсетулерді таппағанша барлық аттар серверін сұрайды. Сұраныс бойынша берілген ақпаратты аттар серверлері ылғи да кэштайтындықтан бұл процесс тездетіледі. Клиенттік компьютер өз жұмысында бірнеше DNS -серверлердің IР-адресін қолданыла алады, бұл олардың жұмысының сенімділігін артады.

DNS мәлімет базасы әр доменде (ағаш түйіні) аты бар және поддоменді ұстай алатын ағаш құрылымына ие аттардың домендік кеңістігі деп аталады. Доменнің аты осы мәлімет базасында оның туған доменіне байланысты жағдайын идентификациялайды, және де аттарындағы нүкте доменнің түйініне сәйкес бөліктерді беледі.

DNS мәлімет базасының түбірі INIC (Internet Network Information Cen­ter) орталығымен басқарылады. Жоғары деңгейдің домені әр елге бөлек беріледі, сонымен қатар ұйымдастырушылық деңгейде белгіленеді. Елдерді белгілеуде 3 әріпті және 2 әріпті аббревиатуралар қолданылады, ал түрлі ұйымдастырушылық типтерге келесі аббревиатуралар қолданылады:

com — коммерциялық ұйымдар;

edu - білімдік;

gov — үкіметтік ұйымдар;

org — коммерциялық емес ұйымдар;

net — желіні қолдайтын ұйымдар.

Әр DNS домені бөлек ұйыммен администрацияланады, әдетге ол өз доменін поддоменге бөліп, бұл поддомендерді администрациялау функцкясын басқа ұйымдарға береді. Әр домен ерекше атқа ие, ал әр бір поддомен өзінің доменінің ішінде ерекше атқа ие. Доменнің аты 63 символға дейін бола алады. Internet желісінде әр бір хост өз толық доменді атымен анықталады. Ол FQDN (fully qualified domain name) бағыты хостан түбірге дейінгі барлық домендердің атын қосады. Толық DNS -атының мысалы: citint.dol.ru

Дәстүрлі түрде Internet желісінде маршрутизация құрылғысын шлюз дейді, бірақ бұл сәтсіз термин, өйткені күнделікті желілер индустриясында бұл терминнен басқа функционалдық мүмкіндіктері бар құрылғыны атайды. Шлюздер (осы сәттен бастап біз оны роутер деп атаймыз) Internet желісінде иерархиялық принципке сәйкес ұйымдастырылған, Кейбір роутерлер бірдей администртивтік басшылықта және басқаруда болып отырған белгілі бір нақты желілер тобы арқылы ақпаратты ауыстыруда колданылады. Мұндай объектілерді автономды жүйе деп атайды (autonoumus system). Автономды жүйе қарамағындағы ақпаратты алмастыруда қолданатын роутерлер ішкі роутерлер (interior routers) деп аталады. Олар осы амалды орындауда түрлі ішкі хаттамаларды (interior gate way Protocol-IGP) қолданады. Ақпаратты автономды жүйелер арасында тасымалдайтын роутерлерді, сыртқы роутерлер (exterior routers) деп атайды. Ол үшін олар сыртқы роутерлер хаттамаларын қолданады. 1 суретте Internet архитектурасы көрсетілген.

1-сурет. Internet архитектурасы

IP маршрутизациясы біріккен желілер арқылы IP дейтаграммасының қозғалуының мінезін анықтайды. Сапар басында бүкіл маршрут белгісіз. Оның орнына әрбір аялдамада, дейтаграммада бар тағайындалу пункті ағымдағы түйіннің маршруттық кестесімен сәйкестіріліп, келесі тағайындалу пункті есептелінеді.