Локална мрежа

(Local Area Network) 

Локална мрежа или ЛАН (от английското Local Area Network, LAN) е вид малка компютърна мрежа, обслужваща група компютри. Представлява група компютри, свързани един с друг. Свързването може да стане посредством няколко различни конфигурации на топологично и йерархично структуриране.

Чрез локалната мрежа се осъществява достъп до съхранена информация на друг компютър(всеки потребител може да получи достъп до файловете на друг компютър в зависимост от зададените му права (пълен достъп, само за четене и др.), предоставяне на достъп на други потребители до информацията на конкретен компютър(някои от устройствата, директориите или само отделни файлове могат да бъдат определени за общ достъп към указани потребителски групи в мрежата. Те се наричат споделени), Свързване на приложения, които са инсталирани на различни компютри в мрежата(програма, която работи от един компютър, би могла да използва помощни програми, които са инсталирани на друг компютър), Автоматично обновяване на файлове в цялата мрежа(повечето мрежови софтуери предоставят възможност някои от файловете след обработка да бъдат обновени на всички компютри, където има техни копия).

Има три вида локални мержи - според организацията,според топологията,според йерархията.

Според организацията на управлението локалните мрежи са два основни вида: мрежи с равноправен достъп и мрежи клиент-сървър.

При мрежите клиент-сървър един от компютрите има централна роля и се нарича сървър, а останалите се наричат клиенти. За сървъри се избират обикновено мощни компютри, с бърз процесор и голям обем оперативна и дискова памет. Всички останали ресурси в мрежата са клиенти и ползват услугите, осигурени от сървъра. Персоналните компютри, които са клиенти в мрежата, често се наричат работни станции.

При мрежите с равноправен достъп се позволява всеки компютър в мрежата да работи и като клиент, и като сървър. Този вид мрежи премахва нуждата от скъп сървър, но има извести недостатъци. Споделените файлове са разпръснати из цялата мрежа, което затруднява тяхната защита. Администирането на мрежата като цяло е трудно, защото на всеки компютър се поддържа списък на потребителите.

Основните типове топологично структуриране са звездовидно (star), токен ринг (Token ring, букв. "маркеров кръг"), шина (Bus). Топологичните деления се различават по начина на пренос на данни.

При звездообразното разпределение всички носители на информация (мрежовите кабели) се събират в "центъра" на звездата, където е комутаторът (switch) или рутерът.

При структурата токен ринг всеки компютър е свързан само с двата съседни - така се получава затворен кръг и информацията се движи в една посока, като е йерархично зададено кой компютър може да вземе "думата". Токен-рингът е структуриран така, че когато някой компютър иска да изпрати информация по мрежата към друг компютър, в него трябва да е "токенът". Това е маркер, който дава право на компютъра да използва въпросната преносна среда - токен-ринг-a.

Най-старата топология е шина-топологията. Там всички компютри ползват обща преносна среда, при която "задръстванията" на средата са чести явления. При тази топология няма кой да контролира и направлява потока от информация. При нея всеки компютър просто ползва средата когато иска, без да "уведомява" другите и е възможно два компютъра да пуснат по преносната среда едновременно информация, която се унищожава взаимно.

Йерархичното деление е основно на два типа: работна група (Workgroup) и домейн (Domain). При работната група всички компютри са равнопоставени, докато в домейна йерархичната структура е пирамидална

Мрежова карта, мрежов адаптер или карта от мрежови интерфейс,е част от компютърния хардуер, позволяваща на компютри да комуникират по компютърна мрежа. Устройството работи както на първи, така и на втори слой от OSI модела, тъй като предлага физически достъп до мрежата и същевременно предоставя адресна система от ниско ниво чрез използването на МАС адреси, които са уникални за всяка една карта. Картата позволява потребителите да се свързват помежду си или чрез използване на кабел, или безжично.Мрежовата карта може или да е вградена в дънната платка,или да се свръзва с нея последство PCI конектор или USB.Скоростите на картата могат да са 10 Mbit/s, 100 Mbit/s,1000 Mbit/s или над 160 Gbit/s .

PCI Етернет мрежова карта с RJ-45 конектор

Физическа и логическа топология 

Топологиите на ЛМ могат да се опишат като физически и като логически. Физическата топология описва геометричното свързване на компонентите, изграждащи мрежата. Топологията не трябва да се разглежда като карта на мрежата. Тя представлява теоретично изображение на формата и структурата на мрежата.

Логическата топология описва възможните връзки между части от крайни мрежови точки, които могат да обменят информация по между си. Полезно е да се описва кои крайни точки с кои могат да комуникират и дали тези групи имат директна фиксирана връзка по между си.

Топологията определя начина по който са свързани компютрите в мрежата. Всяка топология е подходяща за специфични цели и има своите преимущества и недостатъци.

Изборът на топология зависи от: типа на оборудването, което ще се използва,планираните приложения и скоростта на предаване на данни, необходимото време за отговор и цената .

Шинна топология (BUS Network ) 

Шинната топология е създадена като съвкупност от многоточкови електрически свързвания, които могат да бъдат реализирани като се използва коаксиален кабел, усукана двойка или екранирана усукана двойка. Предаването на данни е двупосочно, като свързаните устройства приемат и предават данните в двете посоки. Макар, че се казва, че се работи на скорост 10 Mbit/s, реалният трафик е много по-малък. Такива мрежи използват децентрализиран метод за управление на достъпа до средата, познат като CSMA/CD, който позволява на свързаните устройства да вземат независими решения относно достъпа до предаващата среда и започването на предаването. Този подход дава като резултат колизия на данните и изисква чести препредавания. Но тези мрежи са специфицирани по стандарта IEEE 802.3 и могат да имат максимална дължина 2.5 км. Дървовидната топология е вариант на шинната и е с множество разклонения от стеблото на централната шина.

Особеностите на шинната топология са:

 - всички станции са свързани към един и същ кабелен сегмент

 - обикновено се използва за Ethernet на 10mbps

 - кабелът е терминиран във всеки край

 - окабеляването обикновено е точка-точка

 - дефект в кабела или работната станция води до неработоспособност на цялата LAN

 - два проводника (коаксиал)

Има три основни начина за окабеляване:

 - 10Base2 (thin-net, cheaperNet) 50-ohm cable using BNC T connectors, cards provide t -    ransceiver

 - 10Base5 (thickNet) 50-ohm cable using 15-pin AUI D-type connectors and external   transceivers

 - 10BaseT (UTP) UTP cable using RJ45/RJ11 connectors and a wiring centre

Кръгова топология 

Кръгова топология. На фигурата е показана мрежа, образуваща физически пръстен или т.нар. кръгова конфигурация. Информацията се движи по пръстена само в едната посока, като всяка свързана станция или възел работят като повторители. Пръстените могат да бъдат реализирани с помощта на коаксиален или оптичен кабел, а  мрежата да работи на скорости от 4, 16, 20 или 100+ Mbit/s. За контрол на достъпа до предаващата среда се използва метода на предаване на маркер (token), за да се осигури възможността на всички възли за достъп до мрежата в предварително определен времеви интервал. Системата е приоритетна. Основната управляваща станция е отговорна за контрола на достъпа до предаващата среда. Резервните управляващи станции поемат управлението в случай на повреда на главната станция. Колизии на данни не се случват, поради внимателното управление на средата. И за това реалната скорост не се различава от теоретичната Такива мрежи са специфицирани по стандарта IEEE 802.5.

Особеностите на кръговата топология са:

 - работните станции са свързани в кръг

 - може да се елиминира неработеща станция

 - повече кабел се изисква по сравнение с общата шина (BUS)

 - използваните конектори създават проблеми

 - използва се обикновено за реализация на token ring на 4 и 16mbps

 - 4-проводна, обикновено STP или UTP

Звездообразна топология  

Звездообразна топология - фиг. 3 показва мрежа, състояща се от централен възел (hub или switch), към който директно са свързани всички други устройства, обикновено чрез UTP или STP кабел. Скоростите варират от 1 до 10 Mbit/s, както е при AT&T, до 100 Mbit/s, както е при 100 Base-T 100 и VG-AnyLAN. Основното предимство на тази топология е, че повредената станция може да бъде изолирана, като по този начин се елиминира евентуален отрицателен ефект за цялата мрежа. Всеки възел има достъп до пълната скорост на мрежата или така е поне в мрежи с превключване на средата (с използване на Switches, Hubs). Недостатъкът тук е, че повредата на хъба е катастрофална, понеже всяка връзка се предоставя от централния хъб, и повредата му предизвиква пропадане на цялата мрежа.

Особеностите на звездообразната топология са:

 - окабеляването се извършва към една централна точка (сървер или hub)

 - позволява най-голяма дължина на кабелите от всички топологии

 - обикновено STP или UTP, 4-проводни

Мрежов комутатор

Мрежовият комутатор (наричан в практиката суич или просто комутатор) е компютърно мрежово устройство, което свързва мрежови сегменти.

Ниският клас мрежови комутатори е почти идентичен с мрежовите хъбове, макар и все пак по-"интелигентен". Комутаторите са способни да преглеждат постъпилите пакети информация, да определят източника и дестинацията им и да ги препратят. Тъй като доставя пакетите само на устройството, за което са предназначени, комутаторът не запълва капацитета на канала и като цяло предлага много по-добра производителност от хъба. Първият мрежов комутатор е представен от компютърната компания Калпала през 1990 г

Типични функции за управление на комутатори са:

•-         Включване/изключване на определен обхват от портове.

•-         Скорост на връзката и настройки на дублирането (duplex)

•-         Приоритет на дадени портове

•-         MAC филтриране - и други видео сигурност на портовете, които предпазват и от MAC flooding

•-         Използването на Spanning Tree Protocol

•-         SNMP следене на устройството и стабилност на връзката

•-         Port mirroring (познато още като порт мониторинг)

•-         VLAN настройка

•-         802.1X контрол на мрежов достъп

•-         IGMP snooping

Типичен мрежов комукатор за малък офис    24-портов комукатор за 3Ком

 - Мрежов комутатор с кабели, монтиран в комуникационен шкаф

Хъб

Хъб или още наричано концентратор е устройство, използвано в компютърните мрежи, което след като получи сигнал (пакет) на един от входовете си (портове) го препраща на всички останали.

Мрежовите хъбове са опростени предавателни устройства. Те не управляват цялият трафик, който минава през тях, а само го предават на всички портове. Поради това се получава натоварване на мрежата. Хъбовете не са наясно с това какъв е източника и кой е получателя на пакетите, които минават през тях.                                                                                  
Има 3 вида хъбове.Първият е пасивен.Той физически позволява на пакетите да се разпространяват от един порт към всички останали.Не услива или почиства сигнала,не се нуждае от захранване.Втория вид е активен.Той позволява физически на пакетите да се разпространяват от един порт към всички останали портове,но и ги услива,като се нуждае от захранване.Третият вид е интелигентен.Той работи като активен хъб,но има възможност за диагностициране. Хъбовете са все още широко използвани в малките мрежи,заради това,че са сравнително евтини. 4-портов Ethernet xъб

IP адреси

Интернет протокола, или IP адреса представлява числена идентификация свързана към устройство на компютърна мрежа служещо си с Интернет протокол за комуникация между различните си връзки. Интернет протоколът има също за задача да насочва пакетите информация между различните мрежи, а IP адресите указват точният път до дестинацията и източника на свръзката в топологията на насочващата система.Поради тази причина, някои части на IP адреса се използват за да обозначат част от мрежата. IP адреса може да е скрит, за използане в локална мрежа или публичен за употреба в Интернет. По-ранни спецификации изискват всеки IP адрес да бъде свързан с определен компютър или подобно устройство. Технологии като anycast адресирането, биват създадени да позволят употребата на няколко хоста с един и същ IP адрес, но в различни части на Интернет за да обслужват клиентите в мрежата.

Протоколът IP (Internet Protocol) изпълнява голяма част от функциите на комплекта от
протоколи TCP/IP. Всички протоколи и приложения в състава на комплекта TCP/IP се
изпълняват върху или над IP и използват неговото логическо адресиране в мрежовия слой и способността му да предава дейтаграми между хостове в свързани мрежи. IP се асоциира
със слоя Интернет на модела DoD и с мрежовия слой на модела OSI. Протоколът ICMP
(Internet Control Message Protocol) се счита за интегрална част от IP и използва IP за
доставяне на дейтаграми. Фразата „се изпълнява върху" не е ограничен термин
само за IP. Реално това е индустриален жаргон, използван за описание на протокол или
приложение от по-горен слой на модела OSI, което използва възможностите на друг
протокол от по-нисък слой (в този случай на IP в мрежовия слой).
IP осигурява ненадеждна услуга за доставяне на дейтаграми без установяване на връзка
(конекция), т.е. IP не гарантира, че дадена IP дейтаграма успешно ще достигне своето
местоназначение; вместо това протоколът полага максимални усилия за извършване на
доставката, което означава, че изпраща дейтаграмата и се надява тя да стигне дотам. IP
просто добавя логическите адреси от мрежовия слой на източника и местоназначението и
доставя дейтаграмата, разчитайки на други слоеве да гарантират нейното достигане до
местоназначението. Ако възникне проблем с доставянето, IP разчита на ICMP да изпрати
съобщения при възникване на грешка. Когато IP срещне грешка при доставянето, той
просто игнорира дейтаграмата, което предизвиква изпращане на ICMP съобщение до хоста- източник, в което детайлно се обяснява вида на възникналия проблем при доставянето. IP разчита на по-горните слоеве да осигурят надеждност; например на TCP.
Основните функции на IP протокола са логическото адресиране в мрежовия слой на
хостовете и доставянето на информация под формата на дейтаграми между хостове. IP
изпълнява и други важни функции, като фрагментация и реасемблиране, необходими
тогава, когато дейтаграмите са прекалено големи, за да бъдат изпратени от хоста-източник
и трябва да бъдат разбити на по-малки дейтаграми. IP работи без установяване на връзка.
Протоколът не следи, не потвърждава и не контролира потока от данни между хостовете. IP третира всяка дейтаграма като отделна единица; той просто адресира дейтаграмата и я
изпраща, надявайки се тя да стигне до местоназначението.
IP приема поток от данни от протоколите на транспортния слой (UDP или TCP), разбива
тази информация на парчета, адресира и пакетира всяко парче в дейтаграма, която след
това може да бъде изпратена до хоста-местоназначение по мрежата. Маршрутизаторите и
маршрутизиращите протоколи определят избора на път между източника и
местоназначението

В допълнение към MAC адреса, даден от производителя, всеки мрежов контролер
обикновено е свързан и с адрес на Интернет протокола (Internet Protocol). Този адрес,
наречен IP адрес, е логически адрес и е свързан с третия слой (мрежовия) на OSI
модела.

IP адресите позволяват да се групират компютрите (възли) в логически IP мрежи и
ефективно да се обменят данни между тези мрежи. Например компютрите във вашия
офис в София могат да имат IP адреси от една IP мрежа, а компютрите от вашия офис
във Варна да имат IP адреси от друга IP мрежа. Чрез анализиране на IP адреса на
местоназначението в даден пакет мрежовите устройства могат интелигентно да
„маршрутизират" този пакет и да обменят данни между мрежите.

Структура на IP адресирането

IP адресите обикновено се представят със четири 8-битови полета, разделени с точки
("."). Тези полета се наричат октети. Всеки 8-битов октет е представен с десетично число
в обхвата от 0 до 255.
Използвайки този механизъм за преобразуване, IP адресите могат да се представят или в
двоичен или в десетичен вид.

Примери:
10000000.00000001.00000001.00000001 = 128.1.1.1
10001010.10000001.00000001.00000010 = 138.129.1.2
10011100.10011011.11000010.10101010 = 156.153.194.170

Някои битове в IP адреса идентифицират мрежата към която принадлежат компютрите.
(По-нататък компютрите, които имат IP адреси ще наричаме хостове). Именно тези
мрежови битове се използват от мрежовите устройства за да маршрутизират данните
между мрежите. За два хоста, които имат идентични мрежови битове, казваме че се
намират в една и съща IP мрежа .

IP класове

IP адресите имат два компонента: мрежов компонент и хост

компонент. Местейки границата между мрежовите битове и битовете за хост е възможно да се гарантират достатъчно IP адреси за мрежа от всякакъв размер. Така, макар че всеки IP адрес е 32 бита, границата между битовете за мрежа и хост може да е различна за
различните мрежи. Когато получавате IP адрес, този адрес обикновено е допълнен с /хх накрая. С това се означава броя на мрежовите битове в IP адреса.

Традиционни класове A, B и C в IP адресирането

IP адресите обикновенно се представят със четири 8 битови полета(октети), разделени с точки. Всеки 8 битов октет е представен с десетично число в обхвата от 0 до 255. Някои битове в IP адреса идентифицират мрежата към която принадлежят компютрите, и тези битове се използват от мрежовите устройства за да маршрутизират данните между мрежите. Всеки IP адрес се състои от 2 части: Първата идентифицираща в коя мрежа е хостът, и втората показваща адреса на хоста в тази мрежа. Така местейки границата между мрежовите битове и битовете за хост, се гарантират достатъчно IP адреси за мрежа от всякъкъв тип.

В първите години от създаването на Интернет са съществували само три типа мрежи:
- /8 Клас „А"- Всички IP адреси започващи с двоичо 0. При десетичен запис тези IP адреси имат в първия октет число между 1 и 127. В този клас мрежи битовете за мрежа са 8- 1 октет; битовете за хост са 24- 3 октета; мрежите са 127, а хостовете в мрежа 16777216.
- /16 Клас „В"- Всички IP адреси започващи с двоичо 10. При десетичен запис тези IP адреси имат в първия октет число между 128 и 191. В този клас мрежи битовете за мрежа са 16- 2 октета; битовете за хост са 16- 2 октета; мрежите са 16383, а хостовете в мрежа 65536.
- /24 Клас „С"- Всички IP адреси започващи с двоичо 110. При десетичен запис тези IP адреси имат в първия октет число между 192 и 223. В този клас мрежи битовете за мрежа са 24- 3 октета; битовете за хост са 8- 1 октет; мрежите са 2097151, а хостовете в мрежа 256.
Тъй като тази схема на създаване на класове води до неефективно използване на адресното пространство, в днешно време вече се използват мрежи от типа /13, /14, /15, /16, /23 във зависимост от броя на хостовете във вашата мрежа.

Освен тези 3 традиционни класове адреси, съществуват още 2 класа- D и E. Адресите от тези класове не се предоставят на обикновенни потребители. Адресите от клас D започват с битове 1110, имат обхват от 224 до 247, като останалите битове в адреса се използват за дефиниране на групи за мултикастно предаване. Адресите от клас E започват с битове 11110, имат обхват от 248 до 254, а останалите битове в адресите от този клас са запазени за експериментално използване.

Мрежови маски

Когато конфигурирате с IP адрес, трябва да укажете на вашата система кои битове се
използват за определяне адреса на мрежата и кои битове за определяне на адреса на
хоста в мрежата. В днешни дни границата мрежа/хост обикновено се определя с
нотацията „/". Тази нотация е неразбираема за компютъра, поради което се използва друг
метод, а именно IP мрежова маска
Мрежовата маска, също както и IP адреса има 32 бита. Тя обаче е дефинирана по-
различно от адреса. За да определите вашата маска, напишете „1" във всеки мрежов бит
и „0" в останалите битове. Получената стойност може да бъде записана двоично, във
вида на IP адреса, или даже шестнадесетично.

Подмрежи

Макар че мрежата /8 позволява адресиране на 16 милиона хоста, то в реалния живот не е
възможно толкова много хостове да се свържат към една физическа мрежа. Съществуват
следните ограничения:

Топологични ограничения:

-Много мрежови топологии не позволяват 16 милиона възли в проста физическа мрежа. Възникване на колизии Ако два възела в Ethernet мрежа предават в един и
същи момент се получава колизия и двата възела трябва да препредадат отново съобщението. С нарастването на броя на възлите в мрежата нараства и вероятността от колизии.

Административни ограничения:

-Самото следене в една 16 милионна мрежа, кой възел какъв IP адрес има е невероятно
предизвикателство дори за най-добрият мрежов администратор.
-Ниска мрежова производителност Увеличението на броя на възлите при ограничена
пропускателна способност води до деградация на производителността. Едно решение на тези проблеми е просто да не използваме голяма част от адресите в такава мрежа. Това води до значително намаляване на IP адресното пространство. Много по-добро решение е да разделим голямата мрежа на множество подмрежи.

Адреси на подмрежите

Простата мрежа може да съдържа множество подмрежи. Всяка подмрежа има уникален
адрес. Подмрежовият адрес е дефиниран от подмрежовите битове в мрежовата маска.
В мрежата 128.1.0.0/16 мрежовата маска 255.255.255.0 ни показва, че третият октет
дефинира частта за подмрежи в IP адресите на тази мрежа. С осем подмрежови бита е
възможно да представим 256 адреса:

Макар че е възможно да имаме 256 подмрежови адреса, някои устройства не разпознават
подмрежи състоящи се само от единици или само от нули.

Адреси на хостовете в подмрежа

Всяка подмрежа може да има множество хостове. За хостовете в подмрежата всички
мрежови и подмрежови битове трябва да бъдат идентични. Всеки хост обаче трябва да
има уникален адрес в подмрежата дефиниран от хост битовете, който адрес да го
отличава от адресите на останалите хостове.

Досега разглеждахме прост пример, с разделяне на подмрежи на границата на октетите.
Макар това да ни позволява много лесно да определяме IP адресите на хостовете в
отделните подмрежи, този метод не е достатъчно гъвкав. Понякога се налага да имаме
повече от 254 компютъра в една подмрежа. Разделяйки на границата на октетите
получаваме 254 подмрежи от които може да нямаме нужда.