Курс по основам компьютерных сетей на базе оборудования Cisco. Этот курс поможет вам подготовиться к экзаменам CCENT/CCNA, так как за его основу взят курс Cisco ICND1.

Привет, посетитель сайта ZametkiNaPolyah.ru! Продолжаем изучать основы работы компьютерных сетей, напомню, что эти записи основаны на программе Cisco ICND1 и помогут вам подготовиться к экзаменам CCENT/CCNA. Эта запись нужна чтобы познакомить начинающего сетевого инженера с понятием компьютерная сеть и что она собой представляет. Также эта запись пригодиться для всех тех, кто хочет получить сертификат Cisco CCNA или CCENT, так как здесь мы рассмотрим условные обозначения элементов компьютерной сети, которые применяются в Cisco Packet Tracer и на экзаменах этого вендора.

Перед началом я хотел бы вам напомнить, что ознакомиться с опубликованными материалами первой части нашего курса можно по ссылке: «Основы взаимодействия в компьютерных сетях».

1.7.1 Введение

Перед тем как мы рассмотрим основные принципы работы компьютерных сетей, которые нам предлагают эталонная модель сетевого взаимодействия и модель стека протоколов TCP/IP, давайте все-таки разберемся с вопросом: что такое компьютерная сеть? Также в этой теме мы рассмотрим условные обозначения, которые предлагает использовать Cisco в своих курсах и поговорим про основные стандартные физические компоненты компьютерной сети.

В следующей публикации мы уделим немного времени единицам измерения, которые используются в компьютерных сетях, мы не будем разбираться откуда эти единицы измерения взялись и даже не будем вникать в их физический смысл, а также не будем разбираться с точностью этих единиц. Чтобы разобраться со всем этим, нужно написать отдельную книгу, хотя такая уже есть и если вам сильно хочется, то рекомендую ознакомиться: Бернард Скляр, «Цифровая связь», . Эта книга поможет вам глубоко понять и разобраться с физическими и канальными процессами в компьютерных сетях, ее я упоминал в самой первой теме, где был разговор об этом курсе, основанном на Cisco ICND1.

1.7.2 Что такое компьютерная сеть?

Итак, что же такое компьютерная сеть? Вопрос довольно абстрактный, но мы уже сейчас можем с уверенностью выделить два вида компьютерных сетей:

1. Компьютерные сети для машин, это такие сети, которые строятся непосредственно для машин и людей в качестве конечных клиентов в таких сетях нет. В качестве примера таких сетей можно привести систему видеонаблюдения, где потребителем ресурсов сети является камера видео наблюдения, а все остальные компоненты этой сети обслуживают эти камеры. Другой пример – системы контроля доступа, которые прекрасно будут работать и без человека.
2. Второй вид сетей – это сети для людей, думается, что тут все очевидно и примеров никаких не нужно, скорее всего, этот текст вы читаете, находясь в сети Интернет, которая для людей.

Несколько более подробно про виды сетей мы поговорим чуть позже и разберем взаимодействия вида M2M, H2M и H2H. Понятно, что требования к этим сетям будут предъявляться различные, и сами эти сети будут немного разными, но в основе их работы будут лежать единые принципы взаимодействия, например, в каждом из этих видов сетей, скорее всего, можно будет встретить протокол IP и технологию Ethernet.

Рисунок 1.7.1 Простая схема простой компьютерной сети

Но давайте все-таки дадим определение компьютерным сетям и двинемся дальше. Компьютерные сети или сети передачи данных – это результат развития двух научно-технических отраслей – вычислительной техники и телекоммуникационных технологий. Для себя нам стоит сейчас заметить, что на данный момент каналы связи работают гораздо быстрее, чем процессоры сетевых устройств, поэтому на данный момент производители сетевого оборудования разрабатывают технологии, позволяющие перенести различные вычисления, выполняемые сетевыми устройствами, из программной логики в аппаратную.

Также нам стоит сказать, что компьютерные сети могут быть представлены в виде компьютеров, соединенных друг с другом и находящихся недалеко друг от друга, а с другой стороны компьютерная сеть – это средство передачи данных на большие расстояния. Работают они примерно по одному принципу, но для работы вторых требуется большее количество технологий.

1.7.3 Условные обозначения элементов компьютерной сети в курсах и экзаменах Cisco

С термином компьютерная сеть все более-менее ясно, давайте теперь поговорим про условные обозначения устройств компьютерной сети в курсах Cisco. На самом деле в курсе по основам компьютерных сетей (это касается как ICND1, так и ICND2, если мы говорим про направление коммутации и маршрутизации) вам нужно будет знать, как выглядят на картинках Cisco: маршрутизаторы, коммутаторы, серверы, компьютеры и хабы.

Рисунок 1.7.2 Условные обозначения сетевых элементов на диаграммах Cisco

Также вам нужно будет уметь отличать следующие виды соединений устройств в компьютерной сети (и, конечно, понимать, как эти соединения работают и где применяются): соединение витой парой с прямой схемой обжима, соединение витой парой с перекрестной схемой обжима и последовательное соединение или serial link. На Рисунке 1.7.2 показано и подписано чуть больше устройств, чем было упомянуто.

Если какое-то из этих устройств вам незнакомо, то я бы рекомендовал вам изучить вопрос хотя бы на уровне Википедии, мы на этом останавливаться не будем, так как ICND1 – это про принципы работы сетевых технологий, а не про конкретные устройства.

1.7.4 Стандартные физические компоненты компьютерной сети

А вот на стандартных физических компонентах компьютерной сети мы остановимся несколько более подробно, так как с этими компонентами нам придется работать на протяжении долгого времени и им уже сейчас стоит уделить немного нашего внимания. И сразу скажем, что устройства компьютерной сети можно разделит на два вида:

1. Устройства, которые генерируют трафик или конечные устройства (заметьте, это не имеет никакого отношения к схеме взаимодействия клиент сервер, конечное устройство может быть как сервером, так и клиентом, более того, тут может быть исключение, например, DHCP-сервер – это устройство, которое будет обслуживать конечные устройства, выдавая им IP-адреса и другие необходимые данные для работы в сети). К первому виду сетевых устройств могут относиться: IP-телефоны, сетевые принтеры, компьютеры, ноутбуки, планшеты, сервера баз данных и прочее.
2. Устройства, которые доставляют данные из точки А в точку Б. К задачам этих устройств будет относиться не только построение каналов и маршрутов передачи данных, но также фильтрация, разделение и ограничение трафика. К таким устройствам могут относиться: хабы, коммутаторы, маршрутизаторы, межсетевые экраны и другое.

Сверху мы обозначили умные устройства (хотя с хабами мы погорячились, отнеся их к умным устройствам, позже разберемся почему, сейчас скажем, что хабы работают даже не на канальном, а на физическом уровне модели OSI), которые умеют делать что-то сложное, но есть и глупые устройства, которые работают на первом уровне модели передачи данных и их задачи организовать среду передачи данных или сделать так, чтобы данные попали из одной физической среды в другую. Давайте сейчас выделим три среды, наиболее интересных в данный момент в связи со своим широким распространением:

1. Медные линии передачи данных, к которым можно отнести: витую пару, которая есть везде; коаксиальный кабель для передачи данных в компьютерных сетях, которого сейчас нет практически нигде; телефонная линия, которая у нас в России практически не используется для передачи данных (точнее сказать она используется крупными провайдерами, которые предоставляют услуги доступа в Интернет в небольших городах и поселках, а если выделить Ростелеком, то телефонный кабель они используют и для подключения абонентов в частных секторах больших городов); телевизионный кабель, да это тоже коаксиальный кабель, но по своим характеристикам он отличается от коаксиального кабеля Ethernet. Как нетрудно догадаться, по медным линиям передача данных происходит за счет электрических импульсов.
2. Оптические линии передачи данных. В оптике целый зоопарк стандартов и, соответственно, оборудования, сейчас мы даже не будем пытаться вникать в это дело, чуть позже мы лишь немного затронем эту тему, сейчас же отметим, что оптику можно разделить на два больших вида: многомодовая и одномодовая. При этом много не значит лучше.
3. Радиоэфир. Как частный и самый распространенный случай в домашних сетях здесь можно привести стандарт 802.11 (какая-то латинская буковка) или Wi-Fi (Wireless Fidelity), с ним вы поверхностно знакомы.

Это что касается устройств, по которым данные передаются, если вы не считаете витую пару устройством, то это совершенно зря, это действительно техническое устройство со своими стандартами, требованиями и технологическими нормами. На Рисунке 1.7.3 показаны некоторые стандартные физические компоненты компьютерной сети.

Рисунок 1.7.3 Некоторые стандартные физические компоненты компьютерной сети

В частности, здесь есть устройства, генерирующие трафик: компьютеры и ноутбуки, а также устройства, занимающиеся транспортировкой трафика: маршрутизатор (шайбочка в самом верху рисунка), коммутатор L3 (на рисунке он включен напрямую от маршрутизатора), коммутатор доступа, от которого включен хаб, находящийся справа и коммутатор, от которого включено два ноутбука. На схеме для соединения используется витая пара: сплошная линия означает, что используется прямая схема обжима, а штрихованная линия говорит о том, что использована перекрестная схема. Напомню, что на данный момент в реальном мире чаще всего не имеет значение, какая схема обжима используется, Cisco же требует от своих студентов понимание того, что устройства одного уровня модели OSI 7 соединяются перекрестным кабелем, а устройства разных уровней – прямым.

Теперь перечислим физические компоненты, которые преобразуют или умеют перекладывать данные из одной физической среды в другую. Первое, о чем стоит упомянуть – это модемы и устройства, которые называются DSLAM. Эти устройства используются для передачи цифровых данных по телефонной паре. Модемы ставятся у конечных пользователей и позволяют преобразовать аналоговый сигнал, передаваемый по телефонному кабелю в цифровой сигнал, который будет понимать ваш компьютер.

Рисунок 1.7.4 ADSL-модем Linksys

На Рисунке 1.7.4 показан ADSL-модем, серый порт этого модема смотрит в сторону провайдера и на него приходит аналоговый сигнал, а вот желтый порт смотрит в сторону абонентского устройства (роутер, ПК, ноутбук), из него выходит уже цифровой сигнал, с которым может работать абонентское устройство.

DSLAM, грубо говоря, это модем провайдера, но в отличие от домашнего модема он не только преобразует сигнал, но он еще мультиплексирует, то есть объединяет сигналы, приходящие от разных абонентов, а затем выполняет операцию преобразования. В Интернете вы без труда найдете фотографии DSLAM, особенно будет интересно посмотреть на устройства, установленные на боевую сеть провайдера.

Теперь стоит сказать о медиаконверторах и SFP-модулях. Вообще, медиаконверторы бывают разные, но чаще всего вы можете встретить медиаконвертор, который преобразует электрический сигнал в оптический и наоборот, кстати, SFP-модуль делает то же самое. Но медиаконвертор – это отдельное устройство, которое имеет отдельное питание и две взаимосвязанных особенности, неприятных для сетевого инженера: медиаконверторы постоянно зависают и их нужно перезагружать, а также, эти самые медиаконверторы нет никакой возможности мониторить. SFP-модуль – это специальное небольшое устройство, которое вставляется в порт коммутатора. В следующей части у нас будет отдельный разговор про оптику и там мы посмотрим, как все это выглядит.

И в завершении стоит упомянуть про Wi-Fi антенны, которые в общем случае преобразуют электрический сигнал, приходящий на порт антенны в радиоволну и наоборот. Тут стоит отметить, что некоторые антенны поддерживают работу с SFP-модулями, да и никто вам не запрещает соединять антенну с медиаконвертором, вопрос только в том: хватит ли вам сил и нервов обслуживать такую схему. Кстати говоря, если брать ваш домашний роутер, то в нем также реализован Wi-Fi модуль, то есть ваш домашний роутер, особенно, если он не дорогой – это три очень неполноценных и до максимума обрезанных по своему функционалу устройства: маршрутизатор, коммутатор и Wi-Fi модуль, пример такого роутера показан на Рисунке 1.7.5.

Рисунок 1.7.4 Домашний роутер D-Link DIR-300

Здесь мы видим серый порт с надписью Internet, это именно маршрутизируемый интерфейс домашнего роутера, при помощи этого порта ваша локальная или домашняя сеть соединяется с сетью провайдера. Синие порты коммутируемые, при помощи этих портов вы не сможете объединить две подсети, эти порты позволяют взаимодействовать устройствам из одной подсети (в этой части мы поговорим про различия между хабами, коммутаторами и роутерами/маршрутизаторами, не пугайтесь, если сейчас не все понятно). А также на рисунке есть антенна, а внутри самого роутера специальная микросхема, которые позволяют преобразовывать электрический сигнал, передаваемый по проводам, в радиоволны, передаваемые по воздуху. Таким образом мы получаем три устройства в одном: Wi-Fi адаптер, маршрутизатор и коммутатор, правда качество и производительность этих устройств может удовлетворить только домашние нужды.

1.7.5 Выводы

Мы успешно разобрались и классифицировали компьютерные сети в зависимости от того, для кого эти сети построены (к этому разговору мы еще вернемся, чтобы уточнить важные детали), дали определение термину компьютерная сеть и отметили для себя, что они бывают локальными и глобальными, которые предназначены для передачи данных на большие расстояния. Для тех, кто потом захочет сдавать экзамен Cisco ICND1 и попробовать получить сертификат CCENT мы привели условные обозначения, которые использует Cisco в своих задачах и схемах компьютерных сетей. А еще мы познакомились со стандартными физическими компонентами, которые чаще всего можно встретить в современных компьютерных сетях и в частности мы будем знакомиться с базовыми принципами работы коммутаторов и маршрутизаторов в ходе дальнейшего разговора, а для практики взаимодействия с этими устройствами мы будем использовать Cisco Packet Tracer (вот здесь есть инструкция по установке Cisco Packet Tracer на Windows, а вот тут мы устанавливаем и запускаем Packet Tracer на Ubuntu 16.04).

Кстати сказать, работодатели любят курсы Cisco не только за то, что Cisco – это действительно знак качества для сегмента корпоративных сетей и Cisco есть практически везде, но и за то, что курсы Cisco дают понимание и знание принципов работы технологий, используемых для передачи данных в компьютерных сетях, а это куда важнее, чем талант хаотичного нажимания кнопок на клавиатуре. В общем, здесь мы больше не про кнопки, а про принципы работы, освоив которые можно легко и просто работать с оборудованием разных вендоров. Главное понимать, что ты настраиваешь или ремонтируешь, а на какую кнопку нажать – гуглится за три минуты на правильном языке и по правильному запросу.