Науковий реферат з інформатики

Середовище передачi в локальних мережах,протоколи i стандарти,базовi
мережевi топологiї,логiчна органiзацiя мережi,технологiя клiєнт-сервер.

Локальна мережа являє собою систему розподiленої обробки iнформацiї,
яка складається як мiнiмум з двох комп’ютерiв, що взаємодiють мiж собою
при допомозi спецiальних засобiв зв’язку. Комп’ютери, що входять до
складу мережi, виконують досить широке коло функцiй, основними з яких є:

органiзацiя доступу до мережi;

управлiння передачею iнформацiї;

надання обчислювальних ресурсiв i послуг абонентам мережi.

В свою чергу, засоби зв’язку покликанi забезпечити надiйну передачу
iнформацiї мiж комп’ютерами мережi.

Звичайно, комп’ютерна мережа може складатися i з двох комп’ютерiв, але,
як правило, їх кiлькiсть в мережi бiльша. При цьому комп’ютерна мережа
не являє собою просте об’єднання комп’ютерiв – це досить складна
система. Будь-яка комп’ютерна мережа характеризується (рис.1)
топологiєю, протоколами, iнтерфейсами, мережевими технiчними та
програмними засобами.

Л о к а л ь н а м е р е ж а

Технiчнi засоби Iнтерфейси Топологiя Протоколи Програмнi засоби

Рис.1. Основнi компоненти архiтектури локальної комп’ютерної мережi.

Топологiя комп’ютерної мережi вiдображає структуру зв’язкiв мiж її
основними функцiональними елементами. В залежностi вiд компонентiв, що
розглядаються, розрiзняють фiзичну i логiчну структури локальних мереж.
Фiзична структура визначає топологiю фiзичних з’єднань мiж комп’ютерами.
Логiчна структура визначає логiчну органiзацiю взаємодiї комп’ютерiв мiж
собою. Доповнюючи одна одну, фiзична та логiчна структури дають найбiльш
повне уявлення про комп’ютерну мережу.

Пiд мережевими технiчними засобами маються на увазi рiзноманiтнi
пристрої, що забезпечують об’єднання комп’ютерiв в єдину комп’ютерну
мережу.

Протоколи являють собою правила взаємодiї функцiональних елементiв
мережi.

Iнтерфейси – засоби узгодження функцiональних елементiв мережi. Слiд
звернути увагу, що в якостi функцiональних елементiв можуть виступати як
окремi пристрої, так i програмнi модулi. Вiдповiдно до цього iснують
апаратнi та програмнi iнтерфейси.

Мережевi програмнi засоби здiйснюють управлiння роботою комп’ютерної
мережi i забезпечують вiдповiдний iнтерфейс з користувачами. До
мережевих програмних засобiв належать мережевi операцiйнi системи i
допомiжнi (сервiснi) програми.

Кожна з складових локальної мережi характеризує її окремi властивостi, i
тiльки їх сукупнiсть визначає всю мережу в цiлому. Таким чином, вибiр
локальної мережi полягає у виборi її топологiї, протоколiв, апаратних
засобiв та мережевого програмного забезпечення. Кожен з цих компонентiв
є вiдносно незалежним. Наприклад, мережi з однаковою топологiєю можуть
використовувати рiзнi методи доступу, протоколи i мережеве програмне
забезпечення. В свою чергу, в рiзних мережах можуть використовуватись
однаковi протоколи i (або) мережеве програмне забезпечення. Це, з однiєї
сторони, розширює можливостi вибору найоптимальнiшої структури мережi, а
з iншої – ускладнює цей процес.

СЕРЕДОВИЩЕ ПЕРЕДАЧI В ЛОКАЛЬНИХ МЕРЕЖАХ

В якостi середовища передачi iнформацiї в локальних мережах найчастiше
використовуються: коаксiальний кабель, витi пари провiдникiв i
оптоволоконнi середовища. В деяких випадках для зв’язку комп’ютерiв
можуть використовуватися радiоканали або iнфрачервонi пристрої передачi
сигналiв. Як правило, цей вид зв’язку найбiльш дорогий i його доцiльно
використовувати в тих випадках, коли фiзичне з’єднання важко або
неможливо органiзувати.

Коаксіальний кабель.

Фiзично коаксiальний кабель являє собою двохпровiдну лiнiю зв’язку, в
якiй один провiдник (центральний) знаходиться всерединi iншого. В якостi
центрального провiдника може використовуватися як одножильний, так i
багатожильний мiдний провiд. Кабель з багатожильним провiдником бiльш
гнучкий та надiйний, однак вартiсть його дещо бiльша. Зовнiшнiй
провiдник виконано у виглядi цилiндра, що сплетений з мiдного провода.
Центральний i зовнiшнiй провiдники роздiленi мiж собою iзоляцiєю.
Зовнiшня оболонка робиться з полiвiнiлхлориду або флуорополiмеру.

Для отримання максимального рiвня сигналу довжина сегмента
коаксiального кабеля повинна бути кратною довжинi хвилi сигналу, який
передається. Для можливостi визначення мiсць пiдключення робочих станцiй
коаксiальний кабель маркується по всiй довжинi через певнi промiжки.
Вiдсутнiсть таких помiток є першою ознакою невiдповiдностi кабеля
мережевим стандартам. Крiм цього на кожному кабелi повинне бути чiтке
маркування, що вказує на його тип.

Коаксiальний кабель є широкополосним засобом зв’язку, що дозволяє
передавати iнформацiю в досить великому частотному дiапазонi. Вiн може
використовуватися як для одноканальної, так i для багатоканальної
передачi. У випадку багатоканальної роботи в рамках одного фiзичного
середовища передачi створюється кiлька каналiв передачi даних,
наприклад, за рахунок розподiлу частотного дiапазону на окремi
пiддiапазони. Такий спосiб широко використовується, наприклад, в
телебаченнi для передачi кiлькох програм по коаксiальному кабелю. В наш
час в локальних мережах використовується переважно одноканальна передача
iнформацiї.

В локальних мережах найчастiше використовується два види кабелiв з
хвильовим опором 50 Ом : RG-11 – так званий “товстий” або “жовтий”
кабель i RG-58 – “тонкий” кабель.

Кабель RG-11 характеризується бiльшою надiйнiстю i стiйкiстю до
перешкод, однак його вартiсть значно бiльша, нiж у кабеля RG58. Кабель
RG-11 дозволяє створювати довшi мережевi сегменти в порiвняннi з кабелем
RG-58.

Вита пара провідників.

В даний час в локальних мережах на змiну коаксiальному кабелю приходить
кабель на основi витих пар провiдникiв. Вита пара являє собою два
скручених провiдники. В якостi провiдникiв використовується мiдний
одножильний або багатожильний скручений провiдник. Вартiсть кабеля
першого типу менша, однак кабель другого типу є бiльш надiйним та
зручним при монтажi кабельних з’єднань. Вцiлому вартiсть кабеля на витiй
парi провiдникiв є меншою нiж вартiсть коаксiального кабеля. За
зовнiшнiм виглядом кабель на базi витої пари подiбний до телефонного
кабеля, але вiдрiзняється вiд нього наявнiстю певного числа скруток на
один погонний метр.

За рiвнем екранування витi пари дiляться на неекранованi та екранованi,
останнi характеризуються бiльш високими електричними параметрами.
Екранованi витi пари включають виконану з фольги екрануючу iзоляцiю для
недопущення електромагнiтних перешкод.

Неекранованi проводи, як правило, мають хвильовий опiр 100 Ом, а
екранованi – 150 Ом. Враховуючи широке застосування в комп’ютерних
мережах кабелiв на основi витих пар провiдникiв, розроблено ряд
стандартiв, що визначають електричнi та монтажнi параметри кабеля.

В рамках кожного типу кабеля розрiзняють кiлька його категорiй.
Наприклад, для неекранованого кабеля з 4 витих пар, який досить широко
застосовується в локальних мережах, визначенi категорiї з номерами 3, 4,
5. Основнi вiдмiнностi мiж категорiями – в частотних характеристиках.
Так, неекранований кабель категорiї 3 являє собою стандартний телефонний
кабель з дiапазоном частот в 15 МГц. Кабель четвертої категорiї
забезпечує смугу пропускання в 20 МГц, а кабель п’ятої категорiї – 100
МГц. В залежностi вiд категорiї кабеля визначається максимально
допустима довжина сегмента кабеля мiж двома активними пристроями,
наприклад, мiж робочою станцiєю i концентратором. Для кабеля категорiї 3
довжина сегмента не повинна перевищувати 100м. Кабелi бiльш високих
категорiй можуть забезпечувати зв’язок на бiльш далекi вiдстанi:
наприклад, кабель категорiї 5 забезпечує зв’язок на вiдстанi до 150м. В
свою чергу, екранованi кабелi мають бiльш високi параметри передачi
сигналiв.

Пiдключення робочих станцiй до середовища передачi на базi витих пар
провiдникiв здiйснюється при допомозi розйому RJ-45. Зовнi такi розйоми
подiбнi до телефонних розйомiв RJ-11, але вiдрiзняються вiд них бiльшим
числом контактiв (вiсiм замiсть чотирьох).

Оптоволоконний кабель.

Найбiльш перспективним середовищем передачi, що забезпечує високу
швидкiсть передачi iнформацiї на значнi вiдстанi, є оптоволоконний
кабель. На показано два види оптоволоконного кабелю, перший з них –
полегшений, другий – посилений.

В якостi середовища передачi в оптоволоконному кабелi використовується
оптичне волокно (свiтловод), який являє собою тонку скляну або
пластмасову нитку товщиною 8,3-100мк. Свiтловод вкритий скляною
оболонкою, яка має iнший коефiцiєнт вiддзеркалення, нiж у свiтловода.
Скляна оболонка вiдображає свiтло, направляючи його вздовж свiтловода.
Мiж оболонкою свiтловода та зовнiшньою пластиковою оболонкою може
помiщатися рiдкий гель (полегшений кабель) або посилюючi жили (посилений
кабель). Внутрiшня скляна оболонка забезпечує необхiдну жорсткiсть та
стiйкiсть до розриву, перегрiвання або переохолодження. Гель та
посилюючi жили забезпечують додатковий захист вiд механiчного впливу та
впливу оточуючого середовища. Кабель може мiстити одне волокно, яке
проводить свiтло, але переважно їх є кiлька.

Сигнал по оптичному волокну може розповсюджуватися по одниму шляху у
виглядi достатньо тонкого пучка свiтла, або у виглядi кiлькох пучкiв
свiтла . В першому випадку говорять про одномодовий, в другому випадку –
про багатомодовий кабель. Свiтловод одномодового кабеля значно тонший
нiж у багатомодового. Сигнал у одномодовому кабелi генерується з
допомогою лазерного джерела свiтла. При виборi в якостi джерела свiтла
лазерного дiода, який може переключатися з частотою в кiлька тисяч МГц,
забезпечується досить висока швидкiсть передачi цифрових сигналiв.

Оптичне волокно досить гнучке, що дозволяє прокладати оптоволоконнi
кабелi практично по тих же каналах, що й коаксiальнi кабелi. При
вiдповiднiй технологiї виготовлення оптоволоконного кабеля можна досягти
того, що свiтло буде розповсюджуватися вздовж свiтловода i не
випромiнюватися назовнi, навiть при скручуваннi кабеля. Поряд з високою
швидкiстю передачi, оптоволоконний кабель є значно тоншим i легшим вiд
звичайного. До переваг даного кабеля слiд вiднести також стiйкiсть до
електронних перешкод, що дозволяє використовувати його поряд з джерелами
сильних електромагнiтних полiв, наприклад, електрозварювальних апаратiв.

Вартiсть оптоволоконного обладнання та його установка значно вища
вартостi iнших видiв мережевого обладнання. В зв’язку з цим в даний час
оптоволоконний кабель використовується в основному в мережах значної
довжини, при наявностi великої кiлькостi електромагнiтних перешкод, а
також при необхiдностi захисту вiд несанкцiонованого зчитування
iнформацiї з середовища передачi.

Пряме кабельне з’єднання.

Якщо передбачається з’єднати мiж собою тiльки два комп’ютери, то це
можна зробити вiдносно просто за допомогою так званого прямого
кабельного з’єднання. Цей спосiб передбачає з’єднання двох комп’ютерiв
за допомогою послiдовних (паралельних) портiв вводу-виводу та засобiв
управлiння обмiном iнформацiєю мiж комп’ютерами. Як правило, в основi
цих засобiв лежать стандартнi мережевi протоколи, що дозволяє уникнути
розробки вiдповiдного програмного забезпечення, а використати для цiєї
мети стандартнi мережевi протоколи.

При подiбному з’єднаннi iснує ряд обмежень на органiзацiю
мiжкомп’ютерного зв’язку. По-перше, обидвi машини повиннi
використовувати одну i ту ж операцiйну систему, яка пiдтримує пряме
з’єднання комп’ютерiв (наприклад, Windows 98). Хоча пряме з’єднання не є
мережею в звичному розумiннi, операцiйна система використовує мережевий
протокол, щоб управляти потоком даних мiж комп’ютерами. По-друге, в
рамках одного сеансу обмiну кожний з комп’ютерiв може бути або сервером,
або клiєнтом, а не одночасно тим i другим. В комп’ютерних мережах пiд
сервером розумiють комп’ютер, який надає свої ресурси другим
комп’ютерам, якi називаються клiєнтами. При прямому з’єднаннi клiєнт
отримує можливiсть доступу до ресурсiв сервера, в якостi яких найчастiше
виступають масиви даних (файли). В свою чергу, сервер визначає, якi з
ресурсiв можуть бути доступнi клiєнтам, тобто вiн нiби вiддає їх в
загальне користування. При цьому сервер визначає умови використання
спiльних ресурсiв – наприклад, тiльки їх перегляд, читання чи можливiсть
змiни. Сам сервер не може використовувати ресурси клiєнта для виконання
якихось своїх функцiй. По-третє, використання низькошвидкiсних портiв
вводу-виводу дозволяє передавати данi з вiдносно низькою швидкiстю. Тому
пряме кабельне з’єднання найчастiше використовується для створення
тимчасових з’єднань, наприклад, мiж портативним комп’ютером та мережевим
комп’ютером. Подiбне з’єднання може використовуватись при пiдключеннi
вiддаленого комп’ютера за допомогою телефонних каналiв зв’язку.

При об’єднаннi в локальну мережу бiльше двох комп’ютерiв повинен
виконуватись ряд спецiальних (мережевих) функцiй. Виконання таких
функцiй покладається на спецiалiзованi пристрої – мережевi адаптери
(мережевi карти). У зв’язку з цим кожний комп’ютер, що пiдключається до
локальної мережi, повинен обладнуватись мережевим адаптером. Iснують
рiзнi типи мережевих адаптерiв, що виробляються рiзними фiрмами, але всi
вони виконують одну i ту ж основну функцiю: управляють потоком
iнформацiї мiж локальною мережею та комп’ютером. Для рiзних типiв мереж
можуть бути потрiбнi рiзнi адаптери, хоча це не завжди є обов’язковим.
Мережевi адаптери можуть також вiдрiзнятись швидкодiєю та ефективнiстю,
з якою вони управляють iнформацiйним потоком.

Комп’ютер, що забезпечує можливiсть доступу користувачiв до ресурсiв
локальної мережi, називається робочою станцiєю. З функцiональної точки
зору робочi станцiї є клiєнтами локальної мережi. Крiм робочих станцiй
до складу локальної мережi можуть входити комп’ютери, що виконують
функцiї серверiв, а також мережевi принтери, модеми i т.п. Кожний з
пристроїв, що входить до складу локальної мережi, називається вузлом.

ПРОТОКОЛИ I СТАНДАРТИ

Еталонна модель взаємодiї вiдкритих систем.

В даний час використовується достатньо велика кiлькiсть мережевих
протоколiв, при чому в однiй i тiй же мережi визначається зразу декiлька
з них. Прагнення до максимального впорядкування та спрощення процесiв
розробки, модернiзацiї та розширення мереж визначило необхiднiсть
введення стандартiв, що регламентують принципи i процедури органiзацiї
взаємодiї абонентiв комп’ютерних мереж. З цiєю метою була розроблена так
звана Еталонна модель взаємодiї вiдкритих систем (рис.2), яка
складається з семи рiвнiв. Кожний рiвень представляє певну групу
функцiй, необхiдних для роботи комп’ютерної мережi.

Робоча станцiя 1

Робоча станцiя 2

Прикладний процес А Протоколи Прикладний процес В

Р i в н i

Прикладний

Прикладний

7

Прикладнi

Представлення даних

Представлення даних

6

Представлення даних

Сеансовий

Сеансовий

5

Сеансовi

Транспортний

Транспортний

4

Транспортнi

Мережевий

Мережевий

3

Мережевi

Канальний

Канальний

2

Канального рiвня

Фiзичний

Фiзичний

1

Фiзичного рiвня

Рис.2. Еталонна модель взаємодiї вiдкритих систем.

Основним з точки зору користувача, є прикладний рiвень. Цей рiвень
забезпечує виконання прикладних процесiв користувачiв (в т.ч. управлiння
термiналами, управлiння файлами, управлiння дiалогом, управлiння
задачами, управлiння мережею в цiлому). Разом з прикладними протоколами
вiн представляє протоколи передачi файлiв, вiртуального термiналу,
електронної пошти.

Шостий рiвень називається рiвнем представлення даних. Вiн визначає
єдиний для всiх систем синтаксис iнформацiї, що передається.
Необхiднiсть даного рiвня полягає в рiзнiй формi представлення
iнформацiї в мережi передачi даних та комп’ютерах. Цей рiвень вiдiграє
важливу роль в забезпеченнi “вiдкритостi” систем, дозволяючи їм
спiлкуватись мiж собою незалежно вiд їх внутрiшньої мови. Тут
забезпечується вибiр виду представлення даних, iнтерпретацiю та
перетворення iнформацiї, що передається, до вигляду, зручного для
прикладних процесiв, перетворення синтаксису даних, формування блокiв
даних.

П’ятий рiвень називають сеансовим, так як основним його призначенням є
органiзацiя сеансiв зв’язку мiж прикладними процесами рiзних робочих
станцiй. На цьому рiвнi створюються порти для прийому i передачi
повiдомлень та органiзовуються з’єднання – логiчнi канали мiж процесами.
Необхiднiсть протоколiв цього рiвня визначається вiдносною складнiстю
мережi передачi даних та прагненням забезпечити достатньо високу
надiйнiсть передачi iнформацiї. Тут надаються послуги, пов’язанi з
обслуговуванням сеансiв та забезпеченням передачi даних в дiалоговому
режимi, встановленням сеансового з’єднання, обмiном даними; управлiнням
обмiном; синхронiзацiєю мережевого з’єднання, повiдомленнями про
виключнi ситуацiї, вiдображенням сеансового з’єднання на транспортний
рiвень, завершенням сеансового з’єднання.

Четвертий, транспортний рiвень (рiвень наскрiзної передачi) служить для
передачi даних мiж двома вiдкритими системами, що взаємодiють, та
органiзацiї процедури спряження абонентiв мережi з системою передачi
даних. На цьому рiвнi визначається взаємодiя робочих станцiй – джерела
та адресата даних, органiзовується та пiдтримується логiчний канал
(транспортне з’єднання) мiж абонентами. Тут забезпечується встановлення
та роз’єднання транспортних з’єднань, формування блокiв даних,
забезпечення взаємодiї сеансових з’єднань з транспортними з’єднаннями,
управлiння послiдовнiстю передачi блокiв даних, забезпечення цiлiсностi
блокiв даних пiд час передачi, виявлення та виправлення помилок,
повiдомлення про невиправленi помилки, надання прiоритетiв в передачi
блокiв, передачу пiдтверджень про прийнятi блоки, лiквiдацiю тупикових
ситуацiй (колiзiй).

Третiй, мережевий рiвень, призначений для маршрутизацiї iнформацiї та
управлiння мережею передачi даних, управлiння iнформацiйними потоками.
На вiдмiну вiд попереднiх, цей рiвень бiльше орiєнтований на мережу
передачi даних. На цьому рiвнi в числi основних послуг здiйснюється
iдентифiкацiя кiнцевих точок мережевих з’єднань, органiзацiя мережевих
з’єднань, управлiння потоками блокiв даних, забезпечення послiдовностей
доставки блокiв даних, виявлення помилок та формування повiдомлень про
них, роз’єднання мережевих з’єднань.

Другий, канальний рiвень, представляє функцiональнi та процедурнi
засоби для встановлення, пiдтримки та розриву з’єднання на рiвнi каналiв
передачi даних. Процедури канального рiвня забезпечують виявлення i,
можливо, виправлення помилок, що виникають на фiзичному рiвнi. Тут
забезпечується органiзацiя потрiбної послiдовностi блокiв даних та їх
передачу, управлiння потоками мiж сумiжними вузлами, iдентифiкацiя
кiнцевих пунктiв канальних з’єднань, виявлення та виправлення помилок,
повiдомлення про помилки, якi не виправленi на канальному рiвнi.

Фiзичний рiвень забезпечує механiчнi, електричнi, функцiональнi та
процедурнi засоби органiзацiї фiзичних з’єднань при передачi даних мiж
фiзичними об’єктами. На цьому рiвнi встановлюються та iдентифiкуються
фiзичнi з’єднання, органiзовуються послiдовностi передачi бiт
iнформацiї, повiдомлення про закiнчення зв’язку.

Чотири нижнiх рiвнi визначають транспортну службу комп’ютерної мережi,
яка забезпечує передачу (“транспортування”) iнформацiї мiж робочими
станцiями, звiльняючи бiльш високi рiвнi вiд вирiшення цих задач.

В свою чергу, три верхнiх рiвнi, що забезпечують логiчну взаємодiю
прикладних процесiв, функцiонально об’’днуються в абонентську службу.

Протоколи локальних мереж.

Пiд протоколами локальних мереж розумiють набiр протоколiв першого i
другого рiвнiв еталонної моделi, що визначають архiтектуру локальної
мережi, в тому числi її топологiю, середовище передачi, технiчнi засоби
i протоколи. Основоположними для локальних мереж є стандарти серiї IЕЕЕ.
З допомогою цих стандартiв були визначенi: основна термiнологiя,
архiтектура i протоколи двох нижнiх рiвнiв Еталонної моделi взаємодiї
вiдкритих систем. Структура стандартiв IЕЕЕ зображена на рис.3.

802.1

802.2

802.3 802.4 802.5 802.6 802.11 802.12

Управлiння доступом до середовища передачi

Рис3. Структура стандарту IЕЕЕ.

Стандарт IЕЕЕ 802.1 є загальним документом, який визначає архiтектуру
та прикладнi процеси системного управлiння мережею, методи об’єднання
мереж на пiдрiвнi керування доступом до середовища передачi. Вiдповiдно
до даного стандарту канальний рiвень розбитий на два пiдрiвнi: УЛК –
управлiння логiчним каналом та УДС – управлiння доступом до фiзичного
середовища.

Як приклад, стандарт IЕЕЕ 802.6 розроблений для локальних мереж, якi
охоплюють площу радiусом до 25 км та використовують технiчнi засоби
кабельного телебачення. Цей стандарт передбачає передачу даних, мови,
зображень i дозволяє створювати так званi мiськi локальнi мережi.

В даний час продовжуються роботи по стандартизацiї локальних
комп’ютерних мереж. Так, в пiдкомiтетi IЕЕЕ 802.11 розробляється
стандарт на радiомережi для мобiльних комп’ютерiв, а в комiтетi IЕЕЕ
802.12 розглядається стандарт на високошвидкiснi комп’ютернi мережi
100VG-AnyLAN.

В 1985 роцi серiя стандартiв IЕЕЕ 802 була прийнята Мiжнародною
органiзацiєю стандартiв за основу мiжнародних стандартiв фiзичного i
канального рiвнiв ISO/DIS 8802/2.2 — ISO/DIS 8802/5.

Транспортнi протоколи.

Транспортнi протоколи призначенi для забезпечення надiйного зв’язку в
процесi обмiну iнформацiєю мiж абонентами комп’ютерної мережi. Як
вiдомо, якiсть передачi iнформацiї багато в чому визначається
використовуваною лiнiєю зв’язку. Наприклад, комутованi телефоннi канали
мереж загального користування характеризуються вiдносно високим рiвнем
перешкод. При використаннi таких каналiв в комп’ютерних мережах
необхiдно приймати додатковi заходи по пiдвищенню надiйностi передачi
даних. В свою чергу, оптоволоконнi лiнiї зв’язку характеризуються
низьким рiвнем перешкод. В даному випадку достатньо використовувати
мiнiмальний набiр транспортних послуг та найпростiший протокол обмiну
iнформацiєю. Особливого значення транспортнi протоколи набувають в
комп’ютерних мережах, середовище передачi в яких характеризується
вiдносно високим рiвнем помилок та низькою надiйнiстю передачi даних.

В даний час в основному використовується i вважається достатньо
надiйним протокол, вiдомий пiд назвою “протокол управлiння передачею”
або ТСР (скорочено вiд Transmission Control Protocol). Протокол ТСР
виявився достатньо вдалим i був покладеним в основу стандартного
мiжнародного протоколу транспортного рiвня. Вiдповiдно МККТТ визначив
рекомендацiю Х.224 для транспортного протоколу, а також рекомендацiю
Х.214 для транспортної служби.

Мiжмережевi протоколи.

Погодження комп’ютерних мереж мiж собою здiйснюється в основному на
мережевому i транспортному рiвнях. В даний час використовуються два
основних пiдходи до формування мiжмережевої взаємодiї:

об’єднання мереж в рамках мережi Internet у вiдповiдностi з мiжмережевим
протоколом IР;

об’єднання мереж комутацiї пакетiв (Х.25) у вiдповiдностi з
Рекомендацiєю МККТТ Х.75.

Основна вiдмiннiсть цих протоколiв полягає в наступному: протокол IР
вiдноситься до протоколiв без встановлення логiчного з’єднання
(дейтаграмним), а Рекомендацiя Х.75 передбачає органiзацiю вiртуального
з’єднання (каналу).

Становлення корпоративних комп’ютерних мереж тiсно пов’язане з мережею
Internet, в рамках якої були реалiзованi основнi принципи i протоколи
мiжмережевих з’єднань. З мережею Internet зв’язана поява нової групи
протоколiв – так званих мiжмережевих протоколiв, або IР-протоколiв
(скорочено вiд Internet Protocol). Територiально мiжмережевий протокол
розмiщується на мережевому рiвнi. В той же час вiн погоджує транспортну
i мережеву служби рiзних комп’ютерних мереж.

Для зв’язку мiж собою мереж, кожна з яких використовує рiзнi протоколи
передачi iнформацiї, був запропонований протокол ТСР/IР (Trasmission
Control Protocol / Internet Protocol). Власне протокол ТСР/IР
складається з двох протоколiв: ТСР та IР. Протокол ТСР є стандартним
транспортним протоколом i надає сервiс для надiйної передачi iнформацiї
мiж клiєнтами мережi. Протокол IР забезпечує сервiс доставки пакетiв мiж
вузлами мережi Internet, вiдповiдає за адресацiю мережевих вузлiв. В
процесi свого функцiонування протокол IР постiйно взаємодiє з протоколом
мiжмережевих управляючих повiдомлень (IСМР – скорочено Internet Control
Message Protocol), утворюючи з ним так званий мiжмережевий модуль
(IР-модуль).

БАЗОВI МЕРЕЖЕВI ТОПОЛОГIЇ

При створеннi мережi, в якiй використовуються тiльки мережевi адаптери
без таких засобiв, як маршрутизатори, концентратори i т.п., може бути
реалiзована одна з трьох мережевих технологiй: зiркоподiбна, шинна,
кiльцева. Зiркоподiбна мережа (рис.4) характеризується наявнiстю
цетрального вузла комутацiї – мережевого сервера, до якого (або через
який) посилаються всi повiдомлення. В цьому випадку на мережевий сервер,
крiм основних функцiй, можуть бути покладенi додатковi функцiї по
узгодженню швидкостей роботи станцiй i перетворенню протоколiв обмiну,
що дозволяє в рамках однiєї мережi об’єднати рiзнотипнi робочi станцiї.

Робоча

станцiя

Робоча

станцiя

Робоча

станцiя

Робоча

станцiя

Робоча

станцiя

Рис.4. Зiркоподiбна топологiя.

Поряд з окремими перевагами, данi локальнi мережi мають ряд недолiкiв.
Зокрема, при пiдключеннi великої кiлькостi робочих станцiй пiдтримання
високої швидкостi комутацiї вимагає значних апаратних затрат. Крiм того,
значне функцiональне навантаження центрального вузла визначає його
складнiсть, що вiдповiдно позначається на надiйностi.

В мережах з шинною топологiєю (рис.5.) робочi станцiї з допомогою
мережевих адаптерiв пiдключаються до магiстралi (шини). Аналогiчним
чином до загальної магiстралi пiдключаються й iншi мережевi пристрої. В
процесi роботи мережi iнформацiя вiд передаючої робочої станцiї поступає
на адаптери всiх робочих станцiй, але сприймається вона тiльки адаптером
тiєї робочої станцiї, якiй вона адресована.

Напрям передачi iнформацiї

Робоча станцiя

Робоча станцiя

Робоча станцiя

Робоча станцiя

Робоча станцiя

Пристрiй узгодження

(термiнатор)

Шина

(магiстраль)

Пристрiй узгодження

(термiнатор)

Рис.5. Шинна топологiя мережi.

Подiбна лiнiйна топологiя характеризується простотою органiзацiї i
можливiстю пiдключення нових робочих станцiй без додаткового обладнання.
Однак наявнiсть загального середовища передачi не дозволяє абонентським
системам одночасно передавати iнформацiю.

Кiльцева мережа (рис.6) характеризується наявнiстю замкнутого
однонаправленого каналу передачi даних у виглядi кiльця або петлi. В
цьому випадку iнформацiя передається послiдовно мiж адаптерами робочих
станцiй до тих пiр, поки не буде прийнята одержувачем i потiм видалена з
мережi. Переважно за видалення iнформацiї з мережi вiдповiдає її
вiдправник. Управлiння роботою кiльцевої мережi може здiйснюватися
централiзовано з допомогою спецiальної монiторної станцiї, або
децентралiзовано за рахунок розподiлу функцiй управлiння мiж всiма
робочими станцiями. Недолiком кiльцевої топологiї є те, що вiдмова
однiєї ланки кiльця може вивести з ладу всю локальну мережу. З метою
пiдвищення надiйностi кiльцевих структур використовують спецiальнi
безрозривнi комутатори, якi дозволяють автоматично вiдключати неробочi
комп’ютери або окремi сегменти мережi.

Робоча станцiя

Робоча станцiя

Робоча станцiя

Робоча станцiя

Робоча станцiя

Робоча станцiя

Рис.6. Кiльцева топологiя мережi.

На рис.7 представлена найбiльш характерна структура кiльцевої мережi з
використанням безрозривного комутатора, вихiднi роз’єми якого є
нормально замкнутими, в результатi чого утворюється внутрiшнє кiльце
передачi iнформацiї. При пiд’єднаннi нового сегмента в комутаторi
розмикається вiдповiдний роз’єм, який пiдключає робочу станцiю до
кiльця. Вiдповiдно, при вiдключеннi робочої станцiї вiдповiдний роз’єм
комутатора замикається. Це дозволяє в будь-який момент вiдключити або
пiдключити будь-яку абонентську систему без порушення цiлiсностi кiльця.

Робоча

станцiя

Робоча

станцiя

Робоча

станцiя

Робоча

станцiя

Робоча

станцiя

Робоча

станцiя

Замкнутi

роз’єми

Робоча

станцiя

Робоча

станцiя

Рис 7. Використання комутаторiв в кiльцевих мережах.

ЛОГIЧНА ОРГАНIЗАЦIЯ МЕРЕЖI

Поряд з фiзичною топологiєю, локальна мережа характеризується логiчною
структурою. На рiвнi логiчної структури визначається логiчний канал
передачi iнформацiї, порядок доступу робочих станцiй до загального
середовища передачi i характер взаємодiї комп’ютерiв мiж собою.

Логiчний канал задає послiдовнiсть передачi iнформацiї робочими
станцiями. При цьому логiчна органiзацiя не завжди спiвпадає з
топологiєю мережi. Так, показана на рис.6 кiльцева мережа має явно
виражену зiркоподiбну топологiю. В рамках локальних мереж розрiзняють
лiнiйнi i кiльцевi логiчнi канали. При лiнiйнiй логiчнiй органiзацiї
(рис. 8) всi вузли локальної мережi зв’язанi мiж собою загальною
логiчною шиною. В цьому випадку iнформацiя вiд вузла поступає на
загальну логiчну шину, потiм, в залежностi вiд адреси одержувача,
поступає на один з вузлiв локальної мережi. Подiбна органiзацiя
вiдповiдає лiнiйнiй фiзичнiй структурi, показанiй на рис.5. Це
найпростiший вид логiчної органiзацiї мережi, який, як правило, не
потребує спецiального управлiння. Подiбне поєднання фiзичної i логiчної
структур використовується в широко вiдомих мережах Ethernet.

Напрям передачi iнформацiї

Рис 8. Логiчна лiнiйна структура.

При кiльцевiй логiчнiй органiзацiї (рис.9) використовується спецiальна
управляюча iнформацiя, наприклад, у виглядi маркера, який послiдовно
передається мiж вузлами мережi. При поступленнi маркера вузол отримує
можливiсть передавати iнформацiю у фiзичне середовище. Кiльцева логiчна
органiзацiя може використовуватися не тiльки в кiльцевiй, але i у
лiнiйнiй фiзичнiй структурi локальних мереж.

Вузол №1

Вузол №2

Вузол №3

Вузол №4

Вузол №5

Напрям передачi iнформацiї

Рис.9. Логiчна кiльцева структура.

На рис.10 показано варiант реалiзацiї кiльцевої логiчної структури в
рамках фiзичної шинної топологiї. Тут управляюча iнформацiя (маркер)
передається у вiдповiдностi з логiчним кiльцем, а данi передаються через
загальну шину безпосередньо адресату. Як видно з малюнка послiдовнiсть
робочих станцiй в логiчному кiльцi може не спiвпадати з їх фiзичними
адресами.

Пристрiй узгодження

(термiнатор)

Шина

(магiстраль)

Пристрiй узгодження

Логiчне кiльце

Напрям передачi маркера

Рис.10. Логiчна кiльцева i фiзична шинна топологiї локальної мережi.

В рамках кiльцевої фiзичної структури, як правило, реалiзується
логiчна кiльцева структура. В цьому випадку логiчна i фiзична структури
спiвпадають, тобто маркер i данi передаються по кiльцю в одному напрямi.

ТЕХНОЛОГIЯ КЛIЄНТ-СЕРВЕР

Характер взаємодiї комп’ютерiв в локальнiй мережi прийнято пов’язувати
з їх функцiональним призначенням. Як i у випадку прямого з’єднання, в
рамках локальних мереж використовують поняття клiєнт i сервер.
Технологiя клiєнт-сервер – це особливий спосiб взаємодiї комп’ютерiв в
локальнiй мережi, при якому один з комп’ютерiв (сервер) надає свої
ресурси другому комп’ютеру (клiєнту). Вiдповiдно до цього розрiзняють
одноранговi мережi та сервернi мережi.

При одноранговiй архiтектурi в мережi вiдсутнi видiленi сервери, кожна
робоча станцiя може виконувати функцiї клiєнта i сервера. В цьому
випадку робоча станцiя видiляє частину своїх ресурсiв в загальне
користування всiм робочим станцiям мережi. Як правило, одноранговi
мережi створюються на базi однакових по потужностi комп’ютерiв.
Одноранговi мережi є досить простими в наладцi та експлуатацiї. В тому
випадку, коли мережа складається з невеликої кiлькостi комп’ютерiв i її
основною функцiєю є обмiн iнформацiєю мiж робочими станцiями,
однорангова архiтектура є найкращим рiшенням. Подiбна мережа може бути
досить швидко i просто реалiзована засобами системи Windows-95.

Наявнiсть розподiлених даних i можливiсть змiни своїх серверних
ресурсiв кожною робочою станцiєю ускладнює захист iнформацiї вiд
несанкцiонованого доступу, що є одним з недолiкiв однорангових мереж.
Розумiючи це, розробники починають придiляти особливу увагу питанням
захисту iнформацiї в однорангових мережах.

Iншим недолiком даних мереж є їх нижча продуктивнiсть. Це пояснюється
тим, що мережевi ресурси зосередженi на робочих станцiях, яким потрiбно
одночасно виконувати функцiї клiєнтiв i серверiв. Iз збiльшенням
потужностi комп’ютерiв з’являється можливiсть вдосконалення технологiї
однорангових мереж в напрямку пiдвищення їх ефективностi, що призводить
до розширення областi їх використання.

В серверних мережах здiйснюється чiткий розподiл функцiй мiж
комп’ютерами: однi з них постiйно є клiєнтами, а iншi – серверами.
Враховуючи рiзноманiтнiсть послуг, якi надають комп’ютернi мережi, iснує
кiлька типiв серверiв, а саме: мережевий сервер, сервер друку, поштовий
сервер та iн. Мережевий сервер являє собою спецiалiзований комп’ютер,
орiєнтований на виконання основного об’єму обчислювальних робiт i
функцiй по управлiнню комп’ютерною мережею. Цей сервер мiстить ядро
мережевої операцiйної системи, пiд управлiнням якої здiйснюється робота
всiєї локальної мережi. Мережевий сервер має досить велику швидкодiю i
великий об’єм пам’ятi. При подiбнiй мережевiй органiзацiї фукнцiї
робочих станцiй зводяться до вводу-виводу iнформацiї i обмiну нею з
мережевим сервером.

Термiн файловий сервер вiдноситься до комп’ютера, основною функцiєю
якого є зберiгання, управлiння та передача файлiв даних. Вiн не обробляє
i не змiнює файли, якi передає i зберiгає. Сервер може “не знати” чи є
даний файл текстовим документом, графiчним зображенням чи електронною
таблицею. В загальному випадку на файловому серверi можуть бути
вiдсутнiми навiть клавiатура i монiтор. Всi змiни в файлах даних
здiйснюються з клiєнтських робочих станцiй. Для цього клiєнти зчитують
файли даних з файлового сервера, здiйснюють необхiднi змiни даних i
повертають їх назад на файловий сервер. Подiбна органiзацiя найбiльш
ефективна при роботi великої кiлькостi користувачiв з загальною базою
даних. В рамках великих мереж може одночасно використовуватися кiлька
серверiв.

Сервер друку (принт-сервер) являє собою друкуючий пристрiй, який при
допомозi мережевого адаптера пiдключається до середовища передачi.
Подiбний мережевий друкуючий пристрiй є самостiйним i працює незалежно
вiд iнших мережевих пристроїв. Сервер друку обслуговує заявки на друк
вiд всiх серверiв та робочих станцiй. В якостi серверiв друку
використовуються спецiальнi викопродуктивнi принтери.

При високiй iнтенсивностi обмiну даними з глобальними мережами в рамках
локальних мереж видiляються поштовi сервери, з допомогою яких
обробляються повiдомлення елекронної пошти. Для ефективної взаємодiї з
мережею Internet можуть використовуватися Web-сервери.

РОЗГАЛУЖЕНI МЕРЕЖЕВI ТОПОЛОГIЇ

Розглянутi вище технологiї переважно знаходять застосування в невеликих
мережах, якi складаються з 10-15 комп’ютерiв. Для створення бiльших
локальних мереж використовуються додатковi мережевi пристрої, що
дозволяють збiльшити розмiр мережi i реалiзувати бiльш складну мережеву
топологiю, яка найбiльш точно вiдображає фiзичне розмiщення комп’ютерiв.
В якостi подiбних мережевих пристроїв виступають рiзноманiтнi
повторювачi, концентратори, мости та iн.

Повторювачем називають пристрiй, що здiйснює вiдновлення вихiдних
значень сигналiв i узгодження електричних параметрiв мереж, що
об’єднуються. В рамках однорiдного фiзичного середовища повторювачi
використовуються для збiльшення довжини мережi i кiлькостi робочих
станцiй, що пiдключаються. На рис.11 показано приклад об’єднання з
допомогою повторювача двох сегментiв мережi. В даном випадку загальна
довжина мережi i число робочих станцiй може бути збiльшене вдвiчi.

Пристрiй узгодження

(термiнатор)

Повторювач

Пристрiй узгодження

(термiнатор)

Рис.11. Об’єднання сегментiв мережi за допомогою повторювачiв.

Повторювачi використовуються для об’єднання сегментiв мереж як з
однаковими, так i з рiзними характеристиками фiзичного середовища
передачi даних. Наприклад, при об’єднаннi сегментiв мережi стандарту
IЕЕЕ 802.3 10BASE5 та 10BASE2 повторювач забезпечує узгодження фiзичних
та електронних параметрiв товстого i тонкого коаксiального кабеля.

Концентратор – пристрiй, що забезпечує радiальне пiдключення мережевих
вузлiв. В локальних мережах використовуються пасивнi i активнi
концентратори. Пасивний концентратор являє собою розподiльчий пристрiй,
що дозволяє пiдключати до одного кабеля два-три мережевих вузли.
Пасивний концентратор не здiйснює вiдновлення рiвня електричного
сигналу, тому допускається пiдключення пристроїв на невеликi вiдстанi. В
основному пасивнi концентратори використовуються в низькошвидкiсних
мережах, наприклад в мережi ARCNET. На вiдмiну вiд пасивного, активний
концентратор обов’язково здiйснює вiдновлення форми i рiвня сигналiв, що
передаються. Є кiлька типiв активних концентраторiв. Деякi, найбiльш
простi, приймаючи сигнали по одному iз входiв, пiдсилюють їх i передають
на всi iншi виходи. Iншi концентратори (їх називають iнтелектуальними)
аналiзуюють потiк iнформацiї i керують ним, направляючи на рiзнi
мережевi вузли.

Концентратори можуть використовуватись в мережах з зiркоподiбною
топологiєю (див. Рис.4). В цьому випадку використання концентратора
дозволяє суттєво розвантажити сервер мережi вiд операцiй управлiння
комутацiєю робочих станцiй.

Найбiльш широке розповсюдження концентратори отримали в мережах з
деревоподiбною топологiєю. В першу чергу це характерно для сучасних
швидкiсних мереж, якi практично всi побудованi на основi концентраторiв.
На мал.7 показано один з варiантiв реалiзацiї деревоподiбної топологiї
на основi концентраторiв. Тут на самому верхньому (кореневому) рiвнi
розмiщений так званий кореневий концентратор, до якого пiдключається
мережевий сервер i концентратори бiльш низького (першого) рiвня. На
другому рiвнi знаходяться робочi станцiї i концентратор другого рiвня.
На третьому рiвнi розмiщенi тiльки робочi станцiї.

КОРПОРАТИВНI МЕРЕЖI

Пiд корпоративною мережею розумiють комп’ютерну мережу, що об’єднує
рiзнорiднi локальнi мережi. Поява i розвиток корпоративних мереж
зв’язана з великою рiзноманiтнiстю локальних мереж i необхiднiстю
об’єднання їх в загальну мережу. Так, в рамках промислового
пiдприємства, як правило, iснує кiлька типiв локальних мереж, однi з них
орiєнтованi на управлiння виробничими процесами, iншi – на
обслуговування адмiнiстративно-господарських служб. Використовувати
однорiдну мережу для вирiшення комплексу всiх задач недоцiльно, а в
бiльшостi випадкiв i досить важко.

Об’єднання рiзнорiдних мереж в першу чергу пов’язане з узгодженням їх
електричних параметрiв, форматiв виводу даних, алгоритмiв передачi
iнформацiї та iн.

В даний час iснує ряд пристроїв, з допомогою яких здiйснюється
об’єднання рiзноманiтних комп’ютерних мереж мiж собою. До таких
пристроїв належать мости, шлюзи, маршрутизатори. Сама назва мiст
пiдкреслює, що об’єднуюються протилежнi сторони будь-чого, в нашому
випадку – це локальнi мережi. Таким чином, в комп’ютерних мережах мiст –
пристрiй, що об’єднує рiзнорiднi мережi. Характерною рисою моста є його
здатнiсть здiйснювати вибiркову трансляцiю (фiльтрацiю) блокiв даних з
однiєї мережi в iншу на основi аналiзу адрес блокiв даних, що
поступають. При необхiдностi здiйснюється перетворення форматiв даних,
якi передаються. Тим самим проводиться розподiл iнформацiйних потокiв в
рамках корпоративної мережi. Ця властивiсть моста часто використовується
для зниження потоку даних в комп’ютерних мережах. Наприклад, з допомогою
моста локальна мережа може бути подiлений на два i бiльше сегментiв
менших розмiрiв з вiдповiдним перерозподiлом iнформацiйних потокiв даних
мiж ними.

При вiдсутностi моста навантаження на весь канал передачi даних
дорiвнює сумi всiх iнформацiйних потокiв, тобто S0+S1+S2. Мiст дозволяє
роздiлити iнформацiйнi потоки: тепер навантаження в першiй пiдмережi
буде рiвним S0+S1, а в другiй — S0+S2. Якщо доля iнформацiйного потоку
S0 є незначною в загальному потоцi iнформацiї (S1(S2>>S0), то
навантаження в кожнiй пiдмережi буде значно меншим в порiвняннi з
навантаженням вихiдної мережi.

Мости також з успiхом використовуються для з’єднання мереж рiзної
швидкодiї, так як в процесi роботи вони здiйснюють промiжне
запам’ятовування iнформацiї, яка передається. Наприклад, з допомогою
моста можна об’єднати мережi продуктивнiстю 4 Мбит/с з мережею
продуктивнiстю 16 Мбит/с.

МАРШРУТИЗАТОРИ

Як правило, для створення iнфраструктури корпоративних мереж
використовуються маршрутизатори. Основне призначення маршрутизатора –
вибiр оптимального напрямку передачi iнформацiї. На вiдмiну вiд моста,
маршрутизатор має кiлька входiв i виходiв. Маршрутизатор мiстить таблицю
шляхiв мiж вузлами i може вибирати оптимальний маршрут передачi даних.
Як правило, маршрутизатор здатний перевизначати маршрути в залежностi
вiд стану мережi. При об’єднаннi рiзнорiдних мереж маршрутизатор
додатково виконує функцiї моста.

Для пiдключення локальних мереж до глобальних комп’ютерних мереж
використовуються спецiальнi пристрої узгодження – шлюзи.

Локальнi i глобальнi мережi використовують рiзнi протоколи передачi
iнформацiї. Тому основною функцiєю шлюзiв є узгодження цих протоколiв.
Слiд вiдзначити, що основне навантаження по узгодженню мереж лягає на
спецiальний мiжмережевий протокол (IР-протокол). В цьому сенсi шлюз
можна розглядати як пристрiй перетворення мережевого протоколу в
мiжмережевий протокол i навпаки. Шлюзи включають функцiї мостiв i
маршрутизаторiв.

При наявностi кiлькох шлюзiв, вiддалених один вiд одного на значну
вiдстань, формується певна з’єднуюча мережа з єдиним мiжмережевим
протоколом, що називається iнтермережею. До цiєї мережi пiдключаються
рiноманiтнi локальнi та глобальнi комп’ютернi мережi, а також окремi
абоненти.

Шлюзи можуть використовуватися i для пiдключення окремих робочих
станцiй до глобальних мереж. Однак бiльш ефективним є використання
спецiальних пристроїв – серверiв доступу.

PAGE

Напрям

передачi

iнформацiї

Кiльцева магiстраль

Напрям передачi iнформацiї

Перший сегмент

Другий сегмент

Похожие записи