Історія розвитку та становлення сучасних комп’ютерних мереж

У 1997р. з метою вдосконалення інформаційного забезпечення науково-технічної сфери Рада Міністрів постановив визнати повне активне створення єдиної науково-інформаційної комп'ютерної мережі, визначивши ДКНТ державним замовником з розробки та впровадження цієї мережі ... (Постанова РМ № 1677 від 18.12.1997).

У 1998р. з метою забезпечення розвитку робіт зі створення НІКС Рада Міністрів постановляє ДКНТ приступити до формування інформаційних ресурсів єдиної науково-інформаційної комп'ютерної мережі, відпрацювання перспективних мережевих додатків і телекомунікаційних технологій, що забезпечують високошвидкісний доступ провідних наукових організацій та освітніх установ до міжнародних і створюваним в республіці баз науково- технічної інформації ... (Постанова РМ № 1609 від 22.10.1998).

У 2000р. БДУ приступив до розробки проекту і будівництва 1-ої черги опорної магістралі науково-інформаційної комп'ютерної мережі та основних принципів її адміністрування.

У 2002р. відповідно до рішення Міжвідомчої комісії з питань інформатизації (Протокол № 05 \ 185 від 01.07.1999) Центр інформаційних ресурсів і комунікацій БДУ здійснює проектування, будівництво, експлуатацію та адміністрування науково-інформаційної комп'ютерної мережі Республіки Білорусь, створеної відповідно до Постанови Ради Міністрів Республіки Білорусь (Постанова РМ РБ № 1609 від 22.10.1998)

 

 

2. Еталонна модель взаємодії відкритих систем.

Комп'ютерні мережі будуються  за багаторівневим принципом. Для організації  зв'язку між комп'ютерами, необхідно спочатку розробити набір правил їх взаємодії, визначити мову їх "спілкування", тобто визначити зміст сигналів, що посилають комп'ютери. Ці правила та визначення називаються протоколом.

Для коректної роботи мережі використовується цілий ряд протоколів: наприклад, протокол управління фізичним зв'язком, встановлення зв'язку в мережі, доступу до ресурсів, тощо. Багаторівневу систему було створено з метою спрощення і впорядкування такої величезної кількості протоколів та зв'язків. Багаторівнева модель взаємодії передбачає реальну взаємодію (інтерфейси) лише із сусідніми рівнями (верхнім та нижнім) і віртуальну - виключно із аналогічним рівнем приймача лінії зв'язку.

Під реальною взаємодією будемо розуміти безпосередню взаємодію - передачу інформації. В такому випадку інформація залишається незмінною - в пункт призначення вона надходить у вигляді, ідентичному вигляду у пункті відправлення. Віртуальна взаємодія передбачає опосередковану передачу даних, коли останні можуть обумовленим способом змінюватись.

Наведемо приклад для ілюстрації процесів реальної та віртуальної взаємодії. Нехай директор однієї фірми (директорі) написав лист директорові іншої  фірми (директор_2). Секретарі вкладає  цей лист у конверт, пише адресу і  передає на пошту. Пошта здійснює доставку за зазначеною адресою. Конверт отримує секретар_2, розкриває його і кладе лист на стіл директорові_2. Реальною в даній схемі є лише взаємодія на рівні поштового транспорту - тобто в процесі перевезення листа з однієї точки в іншу. Всі інші - віртуальні, починаючи із взаємодії поштових відділень і закінчуючи найвищим рівнем директорі <-> директор_2. В такій моделі взаємодії директора не хвилюють проблеми відправлення листа, а секретар не повинен знати про тонкощі перевезення поштової кореспонденції.

Саме такий підхід і є перевагою  багаторівневої моделі взаємодії відкритих  систем ISO OSI (International Standards Organization, ISO; Open System Interconnection, OSI), і саме він дозволяє встановлювати зв'язок із будь-яким комп'ютером мережі Інтернет, довільної конфігурації, і яку би ОС на ньому не було встановлено. Розглянемо детальніше зазначену модель із характеристикою рівнів (рис.1):

Рис.1. Схема еталонної модель відкритих систем ІSО ОSІ

Рівень 0 (канал зв'язку) пов'язаний із фізичним середовищем - передавачем сигналу і містить характеристики посередників, що з'єднують кінцеві пристрої: кабелі, радіолінії і т.п. Як правило, рівень 0 не зазначається в моделі ISO OSI, проте, знання його особливостей дозволяє налагодити стабільний зв'язок з точки зору фізичних з'єднань.

Рівень 1 (фізичний) містить  фізичні аспекти передачі двійкової  інформації лінією зв'язку. Детально описує, наприклад, напругу, частоту, природу середовища передачі. Відповідає за підтримку зв'язку та приймання/передачу бітового потоку.

Рівень 2 (канальний) забезпечує безпомилкову передачу пакетів через  рівень 1, що може спотворювати дані (використовується завадостійке кодування). Визначає початок та кінець пакету в бітовому потоці.

Рівень 3 (мережний) використовує можливості, що надаються рівнем 2 для  забезпечення зв'язку двох довільних  точок в мережі. Маршрутизація  пакетів та обробка адрес відбувається на цьому ж рівні.

Рівень 4 (транспортний) завершує організацію передачі даних - контролює  правильність передачі пакетів, правильність доставки в потрібний пункт призначення, їх збереженість та послідовність надходження. Відновлює повідомлення шляхом злиття пакетів. Містить надійну схему адресації для забезпечення зв'язку через величезну кількість мереж та шлюзів.

s Шлюз - станція зв'язку  із довільною мережею. Забезпечує  зв'язок несумісних мереж, а  також взаємодію несумісних компонентів  у рамках однієї мережі

Транспортний рівень відповідає за всі деталі та проблеми передачі даних. Забезпечує взаємодію  вищих рівнів моделі з інформацією  незалежно від технічної реалізації самого процесу передачі.

Рівень 5 (сеансовий) координує  взаємодію користувачів - встановлює зв'язок, відновлює аварійно завершені сеанси. Відповідає за картографію мережі - перетворює регіональні (доменні) комп'ютерні імена у числові адреси і навпаки. Підтримує процеси в мережі та їх взаємодію.

Рівень 6 (представлення  даних) оперує синтаксисом та семантикою інформації, що передається, тобто встановлює "порозуміння" між двома комп'ютерами. Тут вирішуються задачі перекодування (всім, напевно, траплялись повідомлення у вигляді набору незрозумілих символів -наприклад, при передачі українського тексту без перетворення кодом Windows CP1251); підтримка зображень, стиск та розпакування файлів, підтримка мережних файлових систем (Network File System, NFS), тощо.

Рівень 7 (прикладний) забезпечує інтерфейс між користувачем і  мережею, підтримує доступ користувача до різноманітних послуг мережі. На цьому рівні реалізуються, як мінімум, п'ять прикладних служб: передача файлів, віддалений термінальний доступ, електронна передача повідомлень, довідкова служба та управління мережею. Визначається користувачем відповідно до його потреб, можливостей та фантазії.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Загальна характеристика технології Ethernet.

Ethernet – це найпоширеніший на сьогоднішній день стандарт локальних мереж. Загальна кількість мереж, що працюють за протоколом Ethernet у даний час, оцінюється в 5 мільйонів, а кількість комп'ютерів із установленими мережевими адаптерами Ethernet – у 50 мільйонів.

Коли говорять Ethernet, то під цим звичайно розуміють всі  варіанти цієї технології. У більш  вузькому смислі Ethernet – це мережевий стандарт, заснований на експериментальній мережі Ethernet Network, яку фірма Xerox розробила і реалізувала в 1975 році. Метод доступу був випробуваний ще раніше: у другій половині 60-х років у радіомережі Гавайського університету використовувалися різні варіанти випадкового доступу до загального радіосередовища, що одержали загальну назву Aloha. У 1980 році фірми DEC, Intel і Xerox спільно розробили й опублікували стандарт Ethernet версії II для мережі, побудованої на основі коаксіального кабелю, що став останньою версією фірмового стандарту Ethernet. Тому фірмову версію стандарту Ethernet називають стандартом Ethernet DIX чи Ethernet II.

На основі стандарту Ethernet DIX був розроблений стандарт IEEE 802.3, що багато в чому збігається зі своїм попередником, але деякі розходження все-таки є. У той час як у стандарті IEEE802.3 виділено рівні MAC і LLC, в оригінальному Ethernet обидва ці рівні об'єднані в єдиний канальний рівень. У Ethernet DIX визначається протокол тестування конфігурації (Ethernet Configuration Test Protocol), який відсутній у IEEE 802.3. Дещо відрізняється і формат кадру, хоча мінімальні і максимальні розміри кадрів у цих стандартах збігаються. Часто для того, щоб відрізнити Ethernet, визначений стандартом IEEE, і фірмовий Ethernet DIX, перший називають технологією 802.3, а за фірмовим залишають назву Ethernet без додаткових позначень.

В залежності від типу фізичного середовища стандарт IEEE 802.3 має різні модифікації – 10BASE5, 10BASE2, 10BASE-T, 10BASE-F (10Base-FL, 10Base-FB).

У 1995 році був прийнятий  стандарт Fast Ethernet, що багато в чому не є самостійним стандартом, про  що говорить і той факт, що його опис є додатковим розділом до основного стандарту 802.3 – розділом 802.3і. Аналогічно, прийнятий у 1998 році стандарт Gigabit Ethernet описаний у розділі 802.3z основного документу.

Для передачі двійкової  інформації кабелем, для усіх варіантів фізичного рівня технології Ethernet, що забезпечують пропускну здатність 10 Мбіт/с, використовується манчестерський код.

Усі види стандартів Ethernet (у тому числі і МЕРЕЖІ Fast Ethernet) використовують той самий метод поділу середовища передачі даних – метод CSMA/CD.

 

Стандарт технології Ethernet, описано у документі IEEE 802.3, який визначає єдиний формат кадру рівня MAC. Оскільки в кадр рівня MAC повинен вкладатися кадр рівня LLC, описаний у документі IEEE 802.2, то за стандартами IEEE у мережі Ethernet може використовуватися тільки один варіант кадру канального рівня, заголовок якого є комбінацією заголовків MAC і LLC підрівнів.

Проте на практиці в мережах Ethernet на канальному рівні використовуються кадри 4-х різних форматів (типів). Це пов'язано з тривалою історією розвитку технології Ethernet, що нараховує період існування до прийняття стандартів IEEE 802, коли підрівень LLC не виділявся з загального протоколу і, відповідно, заголовок LLC не застосовувався.

Консорціум  трьох фірм Digital, Intel і Xerox у 1980 році подав  на розгляд комітету 802.3 свою фірмову  версію стандарту Ethernet (у який був, природно, описаний визначений формат кадру) як проект міжнародного стандарту, але  комітет 802.3 прийняв стандарт, що відрізняється в деяких деталях від пропозиції DIX. Відмінності стосувалися і формату кадру, що породило існування двох різних типів кадрів у мережах Ethernet.

Ще один формат кадру з'явився в результаті зусиль компанії Novell по прискоренню роботи свого стека протоколів у мережах Ethernet.

І нарешті, четвертий  формат кадру став результатом діяльності комітету 802.2 по приведенню попередніх форматів кадрів до деякого загального стандарту.

Розходження у  форматах кадрів можуть приводити до несумісності в роботі апаратури і мережного програмного забезпечення, розрахованого на роботу тільки з одним стандартом кадру Ethernet. Однак сьогодні практично всі мережні адаптери, драйвери мережних адаптерів, мости/комутатори і маршрутизатори вміють працювати з усіма використовуваними на практиці форматами кадрів технології Ethernet, причому розпізнавання типу кадру виконується автоматично.

Нижче наводиться опис усіх чотирьох типів кадрів Ethernet (тут під кадром розуміється весь набір полів, що відносяться до канального рівня, тобто поля MAC і LLC рівнів). Той самий тип кадру може мати різні назви, тому нижче для кожного типу кадру приведене по декілька найбільш вживаних назв:

• кадр 802.3/LLC (кадр 802.3/802.2 чи кадр Novell 802.2);
• кадр Raw 802.3 (чи кадр Novell 802.3);
• кадр Ethernet DIX (чи кадр Ethernet II);
• кадр Ethernet SNAP.

 
Формати всіх цих чотирьох типів  кадрів Ethernet приведені на малюнку

Рисунок 2 - Формати чотирьох типів кадрів Ethernet

 

Особливості апаратури  мережі Ethernet

Для мережі Ethernet, що працює на швидкості 10 Мбіт/с, стандарт визначає чотири основних типи середовища передачі.

• Апаратура 10BASE5 (товстий кабель)
• Апаратура 10BASE2 (тонкий кабель)
• Апаратура 10BASE-T (скручена пара)
• Оптоволоконний Ethernet 10BASE-F

Позначення  середовища передачі містить у собі три елементи: цифра «10» означає швидкість передачі 10 Мбіт/с, слово BASE означає передачу в основній смузі частот (тобто без модуляції високочастотного сигналу), а останній елемент означає тип середовища передачі даних: «5» – “товстий коаксіал” (0,5 дюйма) «2» – “тонкий коаксіал” (0,25 дюйма), «Т» – скручена пара(англійською "twisted-pair"), «F» – оптоволокно (англійською –“fiber optic”).

 

4. Характеристика та класифікація мережевих адаптерів

 

Мережева плата, також відома як мережева карта, мережевий адаптер, Ethernet-адаптер,NIC (англ. network interface card) - периферійний пристрій, що дозволяє комп'ютеру взаємодіяти з іншими пристроями мережі. В даний час, особливо в персональних комп'ютерах, мережеві плати досить часто інтегровані в материнські плати для зручності і здешевлення всього комп'ютера в цілому.