Начинать рассматривать компьютерные сети стоит с модели, на которой они строятся. Сетевая модель OSI является фундаментом в средах передачи данных сети интернет. Понимание этой модели позволяет легко и эффективно администрировать, диагностировать и выявлять проблемы, а также масштабировать компьютерные сети.
Если рассмотреть выполняемые функции в домашнем маршрутизаторе, или роутере (router), то можно понять, что это комбайн, который охватывает сразу несколько уровней модели OSI. Он одновременно и коммутатор, и маршрутизатор, и точка доступа Wi-Fi, и фаэрвол (firewall), что делает его довольно удобным девайсом для бытового использования. Однако это не подходит для промышленных масштабов уровня офиса в несколько десятков рабочих компьютеров, а может и серверов.
Модель OSI
Чтобы разобраться, нужно погрузиться в каждый уровень и понять, что же на нём происходит. Рассмотрим первые четыре уровня.
L1 — перый уровень. Физический
На нём передаются биты данных. Это самый простой и очевидный уровень. Он представляет собой среду передачи простейших сигналов (единиц и нулей). А очевидный он потому, что это провода, которые подключаются к компьютеру. По ним передаётся Манчестерский код. Также Wi-Fi относится к среде передачи данных. Да-да, Wi-Fi — это просто способ соединения, а не сам доступ в интернет, как это принято ошибочно считать.
L2 — второй уровень. Канальный
На этом уровне сигналы от отправителя собираются в кадры (frame) на стороне получателя. А как понять кто является отправителем, а кто получателем? Для этого предусмотрен адрес, который задаётся производителем сетевой карты и всегда присутствует на сетевом оборудовании. Называется он MAC-адрес (Media Access Control). Он охватывает первые три уровня модели OSI, называемых Media layers.
Оборудование, которое предназначено для работы на этом уровне, это: Концентраторы (hub), коммутаторы (switch), точки доступа Wi-Fi. На домашнем маршрутизаторе эти компоненты есть в виде антенн точки доступа Wi-Fi и коммутатора в виде портов LAN.
Коммутаторы используются для эффективной передачи данных между множеством устройств в локальной сети LAN (Local Area Network). Когда в коммутатор подключается устройство, то коммутатор считывает его MAC-адрес. Коммутатор заносит MAC-адрес в свою таблицу коммутации, запоминая номер порта, в котором адрес обнаружен. Когда в коммутаторе сформирована таблица соответствия MAC-адрес — физический порт коммутатора (таблица коммутации), то кадры отправляются напрямую от порта отправителя — в порт получателя.
Концентратор, в отличии от коммутатора, не формирует такой таблицы и отправляет кадры от источника — сразу во все порты. Сетевая карта которой не предназначен этот кадр, проигнорирует его. Однако при большой нагрузке на сеть, создаётся большое количество паразитного трафика и сильно снижается общая производительность всей сети. То есть если отправитель отправляет файл 10 гигабайт со скоростью 100 мегабит в секунду, то все устройства, подключенные к хабу будут получать 100 мегабит в секунду. Эта технология устарела и практически не используется, но формирует понимание, для чего появились коммутаторы с таблицей коммутации.
Взаимодействие между устройствами (компьютерами) в одной сети происходит исключительно по MAC-адресам. Для этого на устройстве формируется ARP-таблица.
L3 — третий уровень. Сетевой
Описанные выше уровни — это прохождение трафика в рамках локальной сети. Как упоминалось в предыдущей главе, устройства формируют себе ARP-таблицу, в которой хранится соответствие IP-адрес — MAC-адрес.