|
1 БАЗОВІ КОНЦЕПЦІЇ КОМП'ЮТЕРНИХ МЕРЕЖ
1.1 Класифікація мереж
Залежно від фізичних властивостей та характеристик програмного забезпечення виділяють декілька різних типів мереж, які можна класифікувати за такими ознаками: область (масштаб) дії, засоби адміністрування, мережеві операційні системи, протоколи, топологія, архітектура.
1.1.1 Класифікація мереж за масштабом
Мережі поділяють на декілька категорій, що враховують географічний район, який охоплює мережа, та меншою мірою розмір мережі: 1) Персональні мережі PAN (Personal Area Network) забезпечують безпровідний зв'язок користувачів за технологіями Bluetooth або InfraRed на невеликих відстанях (до 10 м); 2) Локальні мережі LAN (Local Area Network) дозволяють об'єднувати комп'ютери, розташовані в обмеженому просторі 50-100 м (рисунок 1.1). Для локальних мереж, як правило, прокладається спеціалізована кабельна система, і положення можливих точок підключення абонентів обмежене цією кабельною системою. Іноді в локальних мережах використовують і безпровідний зв'язок (wireless), але і за таких умов можливості переміщення абонентів є обмеженими; 3) Кампусні мережі CAN (CampusArea Network) є локальними мережами розташованих поблизу будівель і які можна об'єднувати у великомасштабні утворення – кампусні мережі, наприклад, локальні мережі студентських містечок; 4) Міські мережі MAN (Metropolitan Area Network) – мережа в масштабах міста; 5) Регіональні мережі WAN (Wide Area Network – широкомасштабна мережа), приклад використання мережі WAN у складі корпоративної мережі показано на рисунку 1.2; 6) Глобальні GAN (Global Area Network – глобальна мережа) (рисунок 1.3) є мережами країн, континентів. Мережею мереж називають глобальну мережу – Інтернет. У глобальних мережах застосовуються інші технології, ніж у локальних: кожній технології відповідають свої типи обладнання або використовується інфраструктура існуючих публічних засобів зв'язку. В останньому випадку абоненти комп'ютерної мережі можуть підключатися до мережі в довільних пунктах, охоплених мережею телефонії, ISDN або кабельного телебачення. Глобальні мережі поділяють на розподілені та централізовані. У розподілених глобальних мереж (наприклад, Internet) немає центрального пункту керування. З іншого боку, централізована глобальна мережа має центральний сервер, або центральний вузол (зазвичай в центральному офісі компанії), до якого підключена решта мереж. 1.1.2 Класифікація мереж за способами адміністрування
Класифікація мереж за способами адміністрування залежить від того, хто і як в мережі керує розподіленими ресурсами. Комп'ютерна мережа може бути побудована такими способами:
Недоліком однорангових мереж є їх невелика продуктивність та низький рівень захисту даних. Це пояснюється тим, що мережеві ресурси зосереджені на робочих станціях, яким доводиться одночасно виконувати функції клієнтів і серверів. У серверних мережах здійснюється чіткий поділ функцій між комп'ютерами: одні з них постійно є клієнтами, а інші – серверами. Враховуючи різноманіття послуг, що надають комп'ютерні мережі, існує декілька типів серверів: сервер баз даних, файловий сервер, поштовий сервер, web-сервер тощо. Файловий сервер – комп'ютер, основною функцією якого є збереження, управління і передача файлів даних. Він не опрацьовує і не змінює файли, які ним зберігаються і передаються. Сервер може "не знати", чи є файл текстовим документом, графічним зображенням або електронною таблицею. Загалом на файловому сервері можуть бути відсутні клавіатура і монітор. Усі зміни у файлах даних здійснюються з клієнтських робочих станцій. Для цього клієнти зчитують файли даних з файлового сервера, здійснюють необхідні зміни даних і повертають їх знову на файловий сервер. Така організація є найбільш ефективною при роботі великої кількості користувачів із спільною базою даних. Потрібний рівень захисту даних забезпечує системний адміністратор. Вибір оптимального рішення залежить від конкретної ситуації.
1.1.3 Класифікація мережза мережевими операційними системамиМережі класифікують за встановленими на серверах мережевими операційними системами, які здійснюють управління мережею:
В багатьох мережах на серверах встановлені декілька різних мережевих операційних систем. 1.1.4 Класифікація мереж за мережевими протоколамиКласифікація мереж за мережевими протоколами – наборами (стеками) правил, яких мають дотримуватися, пов’язані комп’ютери при інсталяції та виконанні зв'язку мережею. Найбільш поширені набори протоколів мереж: - стек протоколів ТСР/ІР; - NetBIOS; - стек ІРХ/SPX; - стек OSI; - стек AppleTalk. 1.1.5 Класифікація мереж за топологієюМережі можна класифікувати також за їх фізичною або логічною топологією. Фізична топологія означає форму мережі, тобто, шлях прокладання кабелю. Логічна топологія – це шлях проходження сигналів з одного пункту мережі в інший. Найпоширеніші топології локальних мереж: - шина (моноканал); - кільце; - зірка; - дерево; - комбінована. Ці топології детальніше представлені у наступному розділі. 1.1.6 Класифікація локальних мереж за архітектуроюПоняття мережної архітектури вміщує набор специфікацій, які визначають фізичну та логічну топології, типи кабелів, обмеження на відстань, методи мережного доступу, розмір пакетів, структуру заголовків та інші фактори. Іноді ці специфікації називають протоколами канального рівня. В наш час найпопулярнішими архітектурами мереж є: - Ethernet; - Token Ring; - Apple Talk. 1.2 Режими передачі данихМережі поділяють також на два класи використання каналу передачі даних, що розрізняються способом: мережі з селекцією даних і маршрутизацією даних. У мережах з селекцією даних існує загальний канал передачі, до якого підключені всі вузли. У кожний момент часу каналом володіє тільки один вузол, який видає дані в канал. Будь-який виданий в канал блок даних отримують (у вигляді копій) всі вузли мережі. Кожний вузол перевіряє адресу одержувача, яка передана з блоком даних, і, порівнявши його з власною адресою, у разі збігу обробляє отримані дані, а у разі неспівпадання – відкидає їх (знищує свою копію). Мережі з маршрутизацією даних складаються з безлічі окремих каналів, що сполучають два вузла мережі. Пара вузлів, що мають загальний канал, можуть передавати дані один одному незалежно від решти вузлів мережі. Для передачі даних між вузлами, що не мають загального каналу, необхідно задіювати один або декілька інших вузлів, які здійснили б маршрутизацію інформації, яка передається. 1.3 Методи комутаціїБудь-яка мережа обов’язково використовує той чи інший метод комутації абонентів. Найпоширенішими є три методи комутації (рисунок 1.4): комутація каналів (circuit switching), комутація повідомлень (message switching) і комутація пакетів (packet switching). Для застосування методу комутації каналів потрібен фізичний канал для прямого передавання даних між вузлами. Фізичний канал складається з послідовно сполучених канальних ділянок. Ділянки поєднуються за допомогою комутаторів, які встановлені між кінцевими вузлами мережі. Комутація каналів зручна для телефонних мереж. Але для передавання комп’ютерних даних мережі з комутацією каналів не придатні з причин великого значення коефіцієнту пульсації трафіку. Комутація дозволяє скоротити кількість необхідних ліній зв'язку і підвищити завантаження каналів зв'язку. Практично неможливо надати кожній парі вузлів виділену лінію зв'язку, тому в мережах завжди застосовується той або інший спосіб комутації абонентів, що використовує існуючі лінії зв'язку для передачі даних різних вузлів. Комутація може здійснюватися в двох режимах: динамічно і статично. У першому випадку комутація виконується на час сеансу зв'язку (зазвичай, від секунди до годин) за ініціативою одного з вузлів, а після закінчення сеансу зв'язок розривається. У другому випадку комутація виконується обслуговуючим персоналом мережі на значно триваліший період часу (декілька місяців або років) і не може бути змінена за ініціативою користувачів. Такі канали називаються виділеними (dedicated) або такими, що орендуються (leased). Під комутацією повідомлень розуміють передачу єдиного блоку даних між вузлами мережі з тимчасовою буферизацією цього блоку кожним з транзитних вузлів. У наш час в чистому вигляді мережі з комутацією повідомлень не існують, втім вони були прототипом мереж з комутацією пакетів. При комутації пакетів всі дані, які передає користувач, розбиваються передавачем на невеликі (до декількох кілобайт) частини – пакети (packet). Кожний пакет забезпечується заголовком, в якому указується, як мінімум, адреса вузла-одержувача і номер пакету. Передача пакетів по мережі відбувається незалежно один від одного. Комутатори такої мережі мають внутрішню буферну пам'ять для тимчасового зберігання пакетів, що дозволяє згладжувати пульсації трафіку на лініях зв'язку між комутаторами. Пакети іноді називають дейтаграмами (datagram), а режим індивідуальної комутації пакетів – дейтаграмним режимом. Мережа з комутацією пакетів уповільнює процес взаємодії кожної конкретної пари вузлів, оскільки їх пакети можуть чекати в комутаторах, поки передадуться інші пакети. Проте загальна ефективність (обсяг переданих даних в одиницю часу) при комутації пакетів буде вищою, ніж при комутації каналів. Це пов'язано з тим, що трафік кожного окремого абонента має пульсуючий характер, а пульсації різних абонентів, відповідно до закону великих чисел, розподіляються в часі, збільшуючи рівномірність навантаження на мережу. 1.4 Організація віртуальних каналівНа відміну від дейтаграмного режиму передачі, що припускає незалежну маршрутизацію кожного пакету, режим віртуального каналу (virtual circuit або virtual channel) встановлює єдиний маршрут для всіх пакетів в рамках одного з'єднання. Перед тим, як почати передачу, передавач видає в мережу запит на встановлення з'єднання. Цей пакет, проходячи через комутатори, “прокладає” віртуальний канал – комутатори запам'ятовують маршрут для цього з'єднання, і подальші пакети будуть відправлені по ньому. Таким чином, час, витрачений на встановлення віртуального каналу, компенсується швидшою передачею потоку пакетів за рахунок того, що комутатори не виконують повну маршрутизацію кожного пакету, а швидко визначають його маршрут за номером віртуального каналу. |