Как объединить три и более компьютера в сеть или зачем нужны коммутаторы
Вспоминаем схему соединения двух узлов
Вспомним нашу простую двухузловую компьютерную сеть, схема которой показана на рисунке 1.17.1. Напомним, что устройства, расположенные на одном уровне модели OSI 7 в классической схеме, соединены витой парой и имеют перекрестное соединение, как указано пунктирной линией на рисунке.
Рисунок 1.17.1 Два компьютера, соединенные витой парой.
Вы, вероятно, слышали, что для подключения компьютера к сети есть три очень важных параметра: IP-адрес, маска и шлюз по умолчанию. В нашем случае мы не устанавливаем шлюз по умолчанию для конечных устройств, потому что все наши устройства находятся в одном канальном окружении или подсети, поэтому нам не нужен шлюз, если бы нам нужно было попасть в другую сеть, то нам бы понадобился шлюз, но сейчас мы этого не делаем.
Сочетание IP-адреса и маски сети является хорошим индикатором того, что оба устройства находятся в одной подсети, мы разберемся с этим позже. Проверка ping говорит нам, что все в порядке: компьютер может взаимодействовать с ноутбуком (см. Рисунок 1.17.3), а ноутбук может взаимодействовать с компьютером (см. Рисунок 1.17.2).
Рисунок 1.17.2 Проверка соединения ноутбука с ПК
Пинг проходит, потерь нет, все в порядке.
Рисунок 1.17.3 Проверка подключения настольного компьютера к ноутбуку
В обратном направлении ситуация аналогична, все работает, как и ожидалось. Рассмотрим физический интерфейс ноутбука и ПК, то есть сетевую карту, которая поддерживает одновременно три уровня эталонной модели сетевого взаимодействия или два уровня модели стека протоколов TCP/IP, в Cisco Packet Tracer это можно сделать, просто дважды щелкнув левой кнопкой мыши на устройстве, которое находится в рабочей области, а затем в появившемся окне выбрать вкладку Physical.
Ноутбук и его доступные интерфейсы показаны на рисунке 1.17.4, вкладка Physical выделена красным прямоугольником, а сетевая карта ноутбука выделена зеленым цветом.
Рисунок 1.17.4 Физический сетевой интерфейс на ноутбуке
Интерфейсы, которые можно использовать в качестве сетевой карты в ноутбуке, показаны слева. Щелчок левой кнопкой мыши на интерфейсе приведет к появлению краткого описания и приблизительного обзора интерфейса в нижней части окна, как показано на рисунке 1.17.5.
Рисунок 1.17.5 Физические интерфейсы сетевой карты на ноутбуке в Cisco Packet Tracer
Сетевые карты на ноутбуке в Cisco Packet Tracer (о других стандартных физических компонентах компьютерной сети можно прочитать в соответствующей публикации) можно изменить очень просто: сначала нужно выключить ноутбук, нажав на кнопку питания, выделенную желтым цветом на рисунке 1.17. 4, затем щелкаем левой кнопкой мыши на текущей сетевой карте в ноутбуке и перетаскиваем ее в левую область, где находится список сетевых модулей, таким образом мы удалили сетевую карту из ноутбука, затем нужно выбрать новую сетевую карту из списка, щелкнуть на ней левой кнопкой мыши и перетащить ее в освободившийся слот в устройстве, после этого не забудьте включить питание.
На рисунке 1.17.6 показана вкладка Physical, но для настольного ПК она выглядит и изменяется точно так же.
Рисунок 1.17.6 Физический сетевой интерфейс на настольном компьютере.
Примечание: И ноутбук, и настольный компьютер имеют одинаковый интерфейс на сетевой карте. Логично задать вопрос: что если нам нужно подключить три или более устройств и заставить их работать вместе?
Что если узлов нужно соединить больше, чем два?
Первое, что приходит на ум, это добавить сетевую карту к каждому устройству и соединить эти устройства вместе. Нехитрое решение, скажем, на настольном компьютере это будет работать, есть сетевые карты с двумя или более разъемами, есть конструкции, позволяющие добавить сетевую карту в компьютер, но что насчет ноутбука, туда нельзя добавить сетевую карту. И предположим, что мы хотим соединить три компьютера вместе, и мы даже нашли ноутбук с двумя сетевыми картами, давайте посмотрим на схему, которая показывает это на рисунке 1.17.7.
Рисунок 1.17.7 Соединение трех ПК вместе
Помните, мы говорили о физической и логической топологии компьютерной сети, теперь мы реализуем топологию полной ячейки, хотя в данном случае ее можно назвать кольцом, хотя как кольцо эта схема не будет работать, как видно из IP-адресов, сопоставленных с интерфейсами NIC.
На схеме показаны три компьютера, соединенные витой парой, что не так с этой схемой? Давайте посмотрим, во-первых, вам пришлось потратить деньги на покупку дополнительной сетевой карты для каждого члена сети, и вы не будете гладить себя по головке за дополнительные расходы. Во-вторых, соединение в такой схеме должно быть каждый к каждому, чтобы узлы без проблем общались друг с другом.
Третий момент — резервирование соединительных линий, это также означает дополнительные расходы на прокладку этих самых линий, а затем на дальнейшее обслуживание, никто не будет прокладывать кабель бесплатно. Четвертый момент — это трата IP-адресов, да, сейчас мы используем частные IP-адреса, которых достаточно для небольших сетей, но проблема в том, что в данном случае мы использовали три подсети для соединения трех машин друг с другом: 192.168.1.(1-255), 192.168.2.(1-255), 192.168.3.(1-255). Но на самом деле только в первую подсеть можно включить 253 машины, а мы включили только две, хотя могли бы использовать и меньшие подсети, но мы еще не работали с масками и не будем усложнять ситуацию сейчас.
Пятым недостатком является масштабируемость такой сети, представьте, если бы вы добавили четвертый компьютер в эту сеть, и если бы вы следовали эмпирическому правилу, то в итоге получили бы схему, как на рисунке 1.17.8.
Рисунок 1.17.8 Соединение четырех компьютеров вместе
Таким образом, чтобы соединить четыре компьютера вместе, нам нужно три сетевые карты в каждой машине, шесть промежуточных каналов и шесть подсетей, и мы в основном потеряли преимущества Ethernet, но мы также устранили некоторые недостатки технологии, мы поговорим об этом в отдельной главе, посвященной Ethernet, а сейчас просто отметим недостатки подключения каждого к каждому, на самом деле их больше, но вот очевидные. Для решения этой проблемы я упомяну три способа: использование общей цепи шины и коаксиальных кабелей Ethernet, использование концентратора и использование коммутатора.
Концентраторы и коммутаторы будут обсуждаться в отдельных темах, так как вы не часто будете видеть их вокруг. Концентраторы не следует путать с простыми неуправляемыми коммутаторами, поскольку они полагаются на разные физические процессы и канал передачи данных, но коммутаторы будут рассмотрены в этой статье, и мы увидим, как они могут облегчить вашу жизнь.
Читайте также: Как настроить Роутер Дом
Нас спасает коммутатор
Для решения этой или подобных задач в современных компьютерных сетях используются коммутаторы, и на данном этапе не имеет значения, управляемый это коммутатор или простой неуправляемый. Давайте посмотрим, как изменилась бы наша схема, если бы мы использовали переключатель. Стоит сказать, что добавление коммутатора изменит не только топологию, но и другие характеристики планируемой компьютерной сети. Давайте сначала добавим коммутатор в проект Cisco Packet Tracer, где мы найдем коммутаторы, показанные на рисунке 1.17.9.
Рисунок 1.17.9 Где найти коммутатор в Cisco Packet Tracer
Чтобы добавить переключатель в проект, сначала нажмите на значок с зеленым цветом, затем нажмите на желтый значок и перетащите красный значок в рабочую область. Выполнив эти шаги, вы добавите в проект коммутатор Cisco 2960 — это один из самых простых и дешевых управляемых коммутаторов Cisco, который чаще всего используется на уровне доступа в корпоративных сетях, если они основаны на оборудовании Cisco.
Обратите внимание на рисунок 1.17.10, где показаны порты коммутатора Cisco 2960. Этот коммутатор имеет один консольный порт, который используется для начальной настройки устройства, 24 медных порта 100 Мбит/с (их можно узнать по обозначению FastEthernet), которые обычно используются для подключения конечных пользователей, и два гигабитных медных порта, которые чаще всего используются для подключения коммутатора к другим коммутаторам или маршрутизаторам.
Рисунок 1.17.10 Порты на коммутаторе Cisco 2960
Иногда первые двадцать четыре порта называют портами доступа или портами доступа, что не совсем верно. Да, эти порты чаще всего используются для подключения конечных пользователей, но никто не запрещает использовать эти порты для подключения других коммутаторов/маршрутизаторов. Два гигабитных порта иногда называют магистральными, поскольку они используются для подключения к другим транзитным устройствам в сети, но, опять же, эти порты можно использовать для подключения конечных пользователей, никто не может вам в этом помешать. Логическое состояние самого порта: trunk и access, о настройках мы поговорим и обсудим, когда начнем разбираться с портами.
Как выглядит передняя панель коммутатора Cisco 2960, а также других устройств Cisco, можно увидеть в самом Cisco Packet Tracer, просто дважды щелкните на интересующем вас устройстве и в левом верхнем углу появившегося окна выберите вкладку Physical, появится изображение устройства, которое можно увеличивать и уменьшать, передняя панель нашего коммутатора показана на рисунке 1.17.11.
Рисунок 1.17.11 Передняя панель коммутатора Cisco 2960
Давайте теперь подключим компьютеры к сети с помощью коммутатора, как показано на рисунке 1.17.12. Здесь нужно отметить одну вещь: когда вы подключаетесь к порту коммутатора, вы не можете сразу начать передачу данных, в основном из-за протокола STP loopback, который очень медленный в конфигурации по умолчанию, и когда вы подключаетесь, коммутатор ведет переговоры о характеристиках физического канала и канала передачи данных с удаленным устройством, но это имеет меньший эффект.
Рисунок 1.17.12 Передача начнется не сразу, о чем свидетельствует оранжевый светодиод на торце переключателя
Оранжевая индикация на конце переключателя показывает, что передача данных еще не может быть начата, когда появится зеленая индикация, мы можем начать. На рисунке 1.17.13 показана та же схема, но здесь коммутатор готов к передаче.
Рисунок 1.17.13 Коммутатор готов к передаче данных
На это указывают зеленые индикаторы с обеих сторон. Еще одно замечание: я определил IP-адрес и маску подсети для конечных устройств, но не настроил параметры коммутатора. В этом случае нам не нужен никакой IP-адрес для работы схемы, пока что мы можем даже предположить, что коммутатор не имеет IP-адреса. Обратите также внимание, что если навести курсор мыши на зеленый светодиод и задержать его на мгновение, то он сообщит вам, к каким портам подключен выбранный кабель, на рисунке вы видите текст Fa0 и Fa0/1, этот текст появился, когда вы навели курсор мыши, и он сообщает вам, что первый компьютер подключен к порту коммутатора FastEthernet0/1.
Теперь давайте проверим, что схема работает, зайдем на первый компьютер и оттуда будем пинговать остальные три, результаты показаны на рисунке 1.17.14.
Рисунок 1.17.14 Проверим, что цепь с выключателем работает
Здесь следует сделать небольшое замечание: наша импровизированная компьютерная сеть использует коммутатор в качестве транзитного узла, то есть устройства канального уровня нашей компромиссной модели передачи данных, которую мы разработали при изучении модели стека протоколов TCP/IP.
И это очень важно, потому что это означает, что сетевой уровень вообще не используется для передачи данных в нашей сети, потому что транзитный узел не умеет работать с IP-адресами, то есть, если мы посмотрим на инкапсуляцию данных в такой сети при их передаче, мы не увидим заголовков сетевого уровня (протокол IP просто не используется), если мы разложим сетевое взаимодействие с коммутаторами, то увидим, что для передачи данных из точки А в точку Б достаточно двух уровней: физического и канального.
Как видите, пинги проходят ко всем членам сети без потерь, для полной проверки необходимо повторить эту манипуляцию со всех устройств, но это вы можете сделать самостоятельно. Сейчас я хотел бы вернуться к конфигурации с четырьмя напрямую подключенными устройствами, где у нас было по три сетевых адаптера на устройство, шесть медных соединительных линий и шесть подсетей с количеством устройств до 253. С появлением коммутатора наша жизнь кардинально изменилась, нам нужна была одна подсеть, из которой мы имели четыре IP-адреса на количество устройств (192.168.1.1, 192.168.1.2, 192.168.1.3, 192.168.1. 4), каждое конечное устройство имеет одну сетевую карту, потому что больше нам не нужно, а для подключения нам понадобилось четыре медных кабеля витой пары, кстати, обратите внимание: конечные устройства подключены к коммутатору с помощью прямой схемы обжима витой пары, потому что Cisco Packet Tracer рассматривает компьютеры на 7 сетевом уровне OSI, а коммутаторы доступа — на канальном уровне эталонной модели.
Давайте теперь попробуем сделать широковещательную рассылку в нашу сеть, пингуя последний IP-адрес в подсети, где находится первый компьютер, который в данном случае 192.168.1.255. Сейчас я попытаюсь бегло объяснить, как я определил широковещательный IP-адрес, более подробное обсуждение будет позже.
Нашему первому компьютеру присвоен IP-адрес 192.168.1.1 с маской 255.255.255.0, это означает, что IP-адреса других компьютеров, которые могут находиться в той же подсети или широковещательном домене, что и первый компьютер, должны начинаться с 192.168.1.x, причем «x» может быть любым числом от 0 до 255, но суть в том, что IP-адрес 192.168.1. 0 — это номер нашей подсети и не должен быть установлен на конечные единицы, такие как 168.1.255, который является широковещательным IP-адресом, если мы попытаемся пропинговать этот адрес, наш компьютер достигнет всех хостов, которые находятся в той же подсети, в современных компьютерных сетях широковещательные IP-адреса используются в служебных целях, например, для получения IP-адреса от сервера DHCP. Сразу хочу уточнить, что не стоит обобщать широковещательный трафик с типами сетей, о которых мы говорили, это совершенно другая классификация.
