Комп'ютерна мережа

КОМП'ЮТЕРНІ МЕРЕЖІ

1. Введення

Комп'ютерна мережа (обчислювальна мережа, мережа передачі даних) - система зв'язку комп'ютерів і/або комп'ютерного устаткування (сервери, маршрутизатори і інше устаткування, канали зв'язку). Для передачі інформації можуть бути використані різні фізичні явища, як правило - різні види електричних, світлових сигналів або електромагнітного випромінювання.

Розрізняють два поняття  мережі : комунікаційна мережа і інформаційна мережа.

Комунікаційна мережа призначена для передачі даних, також вона виконує завдання, пов'язані з перетворенням даних. Комунікаційні мережі розрізняються за типом використовуваних фізичних засобів з'єднання.

Інформаційна  мережа призначена для зберігання інформації і складається з інформаційних систем. На базі комунікаційної мережі може бути побудована група інформаційних мереж.

Під інформаційною системою слід розуміти систему, яка є постачальником або споживачем інформації. Іншими словами - об'єкт, здатний здійснювати  зберігання, обробку або передачу інформація. До складу інформаційної системи входять: комп'ютери, програми, користувачі і інші складові, призначені для процесу обробки і передачі даних. Надалі інформаційна система, призначена для вирішення завдань користувача, називатиметься - робоча станція (client). Робоча станція в мережі відрізняється від звичайного персонального комп'ютера (ПК) наявністю мережевої карти (мережевого адаптера), каналу для передачі даних і мережевого програмного забезпечення.

Під каналом  зв'язку слід розуміти шлях або засіб, по якому передаються сигнали.

Канали зв'язку (data link) створюються по лініях зв'язку за допомогою  мережевого устаткування і фізичних засобів зв'язку. Фізичні засоби зв'язку побудовані на основі витих  пар, коаксіальних кабелів, оптичних каналів  або ефіру. Між взаємодіючими інформаційними системами через фізичні канали комунікаційної мережі і вузли комутації встановлюються логічні канали.

Логічний канал - це шлях для передачі даних від однієї системи до іншої. Логічний канал прокладається по маршруту в одному або декількох фізичних каналах. Логічний канал можна охарактеризувати, як маршрут, прокладений через фізичні канали і вузли комутації.

Інформація в мережі передається блоками даних по процедурах обміну між об'єктами. Ці процедури називають протоколами  передачі даних. Протокол - це сукупність правил, що встановлюють формат і процедури обміну інформацією між двома або декількома пристроями. Завантаження мережі характеризується параметром, званим трафіком. Трафік (traffic) - це потік повідомлень в мережі передачі даних. Під ним розуміють кількісний вимір у вибраних точках мережі числа блоків даних і їх довжини, що проходять, виражене в бітах в секунду.

Істотний вплив на характеристику мережі чинить метод  доступу. Метод доступу - це спосіб визначення того, яка з робочих станцій зможе наступною використовувати канал зв'язку і як управляти доступом до каналу зв'язку (кабелю).

У мережі усі робочі станції  фізично сполучені між собою  каналами зв'язку по певній структурі, званою топологією. Топологія - це опис фізичних з'єднань в мережі, що вказує які робочі станції можуть зв'язуватися між собою. Тип топології визначає продуктивність, працездатність і надійність експлуатації робочих станцій, а також час звернення до файлового сервера. Залежно від топології мережі використовується той або інший метод доступу.

Склад основних елементів  в мережі залежить від її архітектури. Архітектура - це концепція, що визначає взаємозв'язок, структуру і функції  взаємодії робочих станцій в  мережі. Вона передбачає логічну, функціональну  і фізичну організацію технічних і програмних засобів мережі. Архітектура визначає принципи побудови і функціонування апаратного і програмного забезпечення елементів мережі.

 

2. Класифікації  мереж

Для класифікації комп'ютерних  мереж використовуються різні ознаки, вибір яких полягає в тому, щоб виділити з існуючого різноманіття такі, які дозволили б забезпечити цій класифікаційній схемі наступні обов'язкові якості, :

· можливість класифікації усіх, як існуючих, так і перспективних, комп'ютерних мереж;

· диференціацію істотно різних мереж;

· однозначність класифікації будь-якої комп'ютерної мережі;

· наочність, простоту і практичну доцільність класифікаційної схеми.

Певну невідповідність  цих вимог один з одним робить завдання вибору раціональної схеми  класифікації комп'ютерної мережі досить складною і такою, що не має до теперішнього часу однозначного рішення. В основному комп'ютерні мережі класифікують за ознаками структурної і функціональної організації.

2.1. Класифікація за розміром охопленої території :

Мережа, що використовує людське тіло (HAN, Human Area Network). Human Area Network - комп'ютерна мережа де як середовище передачі даних використовується людське тіло. Як носій інформації використовується слабке електричне поле на поверхні людського тіла. Передавач у визначеному місці в малій мірі змінює його, приймач реєструє ці зміни на поверхні тіла.

Персональна мережа (PAN, Personal Area Network). Personal Area Network - це мережа, побудована "навколо" людини. Ці мережі покликані  об'єднувати усі персональні електронні пристрої користувача (персональні настільні комп'ютери, ноутбуки, телефони, кишенькові персональні комп'ютери, смартфони, гарнітури и.т.п.). Прикладом  таких мереж є сісти на основі технології Bluetooth. Параметри PAN :

- Мале число абонентів

- Некритичність до напрацювання на відмову.

- Усі пристрої входять в PAN -сеть можна контролювати.

- Вузький радіус дії (30 метрів).

- Мережа повинна підтримувати до 8 учасників.

- Немає арбітражу середовища, тобто хто і як може працювати з цією мережею ніяк не контролюється, немає централізованого управління такою мережею.

Локальна мережа (LAN, Local Area Network) Локальна обчислювальна мережа (ЛВС) - комп'ютерна мережа, що покриває зазвичай відносно невелику територію або невелику групу будівель (будинок, офіс, фірму, інститут). Також існують локальні мережі, вузли яких рознесені географічно на відстані більше 12 500 км (космічні станції і орбітальні центри). Незважаючи на такі відстані, подібні мережі все одно відносять до локальних.

Також до цієї категорії мереж можна віднести HomePNA (англ. Home Phoneline Networking Alliance, HPNA). HPNA - об'єднана асоціація некомерційних промислових компаній, які просувають і стандартизують технології домашніх мереж за допомогою існуючих в будинках коаксіальних кабелів і телефонних ліній. Серед компаній-покровителів HPNA, які встановлюють курс організації, можна виділити AT&T, 2Wire, Motorola, CooperGate, Scientific Atlanta і K - Micro. HPNA створює промислові специфікації, які потім стандартизуються Міжнародним Союзом Телекомунікацій (International Telecommunication Union ITU), провідною світовою організацією стандартизації в області телі і радіо-комунікацій. HPNA також просуває технології, тестує і сертифікує членські продукти як схвалені HomePNA. HomePNA 3.1 один з нового покоління стандартів домашніх мереж, розроблений для нових "розважальних" застосувань, таких як IPTV (інтернет-телебачення), які припускають наявність високої і стійкої продуктивності в цілому будинку.

Технологія цього типу забезпечує додаткові можливості, такі як гарантована якість обслуговування (Quality of Service QoS) і використовується більшістю провайдерів (організацією, що надають доступ до таких мереж і займаються їх обслуговуванням) для забезпечення комерційного сервісу "triple play" (відео, звук і інформація). HomePNA 3.1 використовує частоти вище за тих, що використовуються технологіями ADSL, ISDN (технології передачі даних по телефонних лініях) і телефонними дзвінками на лінії і нижче за тих, що використовуються для телетрансляції і супутникової телетрансляції DVB - S по коаксіальному (телевізійному) кабелю, тому HomePNA 3.1 може співіснувати з цими сервісами в одних дротах. HomePNA 3.1 був розроблений як для збільшення функціональності в коаксіальних дротах і розширення їх мережевих можливостей, так і для подолання деяких обмежень телефонних мереж.

Вимоги для HomePNA 3.1:

- Стандартний телефонний або коаксіальний кабель.

- Устаткування, сертифіковане HomePNA.

Переваги HomePNA 3.1:

- Не вимагається проведення нових кабелів в будинок.

- Робота існуючих сервісів - телефону, факсу, DSL, супутникового телебачення не порушиться, завдяки тому, що HomePNA працює з різними частотами на одному коаксіальному або телефонному кабелі.

- Новітня продукція пропонує швидкість передачі даних до 320Мб/з, забезпечуючи можливість підтримки високочіткого телесигналу (High Definition TV HDTV) і стандартного телевізійного сигналу (Standart Definition TV SDTV).

- Гарантована якість обслуговування QoS, усуває мережеві "колізії". Це дозволяє потокам інформації в реальному часі, таким як IPTV, бути доставленими до клієнта без переривань.

- Максимальна кількість пристроїв, що підключаються, - 64.

- Пристрої можуть бути розташовані на відстані 300м. один від одного на телефонній лінії і на відстані більше кілометра один від одного на коаксіальному кабелі. Для будинків це більш ніж достатньо.

- Використовуються стандартні драйвера Ethernet, що дозволяє легко додавати будь-яку продукцію з Ethernet -портом, не торкаючись операційної системи.

- Необхідне устаткування має невисоку вартість.

- Розробляються нові технології, такі як 802.11 Wi - Fi, для створення змішаних дротяних/безпровідних домашніх мереж.

- Провайдери можуть надавати послуги телефону, інтернету і цифрового телебачення одним пакетом, за допомогою устаткування, сертифікованого HomePNA.

- Готельна індустрія розглядає HomePNA як ефективну дорогу опцію.

- Технологія працює в багатоквартирних будинках, надаючи сервіс "triple play" в квартири.

Глобальна обчислювальна мережа, ГВС (англ. Wide Area Network, WAN) є комп'ютерною мережею, що охоплює великі території і що включає десятки і сотні тисяч комп'ютерів. ГВС служать для об'єднання розрізнених мереж так, щоб користувачі і комп'ютери, де б вони не знаходилися, могли взаємодіяти з усіма іншими учасниками глобальної мережі. Деякі ГВС побудовані виключно для приватних організацій, інші є засобом комунікації корпоративних ЛВС з глобальною мережею Інтернет або за допомогою Інтернет з видаленими мережами, що входять до складу корпоративних. Частіше усього ГВС спирається на виділені лінії, на одному кінці яких маршрутизатор підключається до ЛВС, а на іншому концентратор зв'язується з іншими частинами ГВС.

Глобальні мережі відрізняються від  локальних тим, що розраховані на необмежене число абонентів і  використовують, як правило, не занадто якісні канали зв'язку і порівняно низьку швидкість передачі, а механізм управління обміном, у них в принципі не може бути гарантовано швидким. У глобальних мережах не набагато важливіша якість зв'язку, а сам факт її існування. Правда, зараз вже не можна провести чітку і однозначну межу між локальними і глобальними мережами. Більшість локальних мереж мають вихід в глобальну мережу, але характер переданої інформації, принципи організації обміну, режими доступу, до ресурсів усередині локальної мережі, як правило, сильно відрізняються від тих, що прийнято в глобальній мережі. І хоча усі комп'ютери локальної мережі в даному випадку включені також і в глобальну мережу, специфіку локальної мережі це не відміняє. Можливість виходу в глобальну мережу залишається усього лише одним з ресурсів, поділені користувачами локальної мережі.

2.2. Класифікація за типом функціональної взаємодії

Архітектура термінал - головний комп'ютер (terminal - host computer architecture) - це концепція  інформаційної мережі, в якій уся обробка даних здійснюється одним або групою головних комп'ютерів.

Мал. 1 Архітектура термінал - головний комп'ютер

Дана архітектура припускає  два типи устаткування :

- Головний комп'ютер, де здійснюється управління мережею, зберігання і обробка даних.

- Термінали, призначені для передачі головному комп'ютеру команд на організацію сеансів і виконання завдань, введення даних для виконання завдань і отримання результатів.

Головний комп'ютер через  мультиплексори передачі даних (мультиплексор  передачі даних (МПД) - пристрій, який один фізичний канал представляє у вигляді декількох незалежних один від одного логічних каналів) взаємодіють з терміналами, як представлено на мал. 1.

Однорангова архітектура (peer - to - peer architecture) - це концепція інформаційної мережі, в якій її ресурси розосереджені по усіх системах. Ця архітектура характеризується тим, що в ній усі системи рівноправні.

До однорангових мереж  відносяться малі мережі, де будь-яка  робоча станція може виконувати одночасно  функції файлового сервера і робочої станції. У однорангових ЛВС дисковий простір і файли на будь-якому комп'ютері можуть бути загальними. Щоб ресурс став загальним, його необхідно віддати в загальне користування, використовуючи служби видаленого доступу мережевих однорангових операційних систем. Залежно від того, як буде встановлений захист даних, інші користувачі зможуть користуватися файлами відразу ж після їх створення. Однорангові ЛВС досить хороші тільки для невеликих робочих груп.

 

Мал.2 Однорангова архітектура

Однорангові ЛВС є найбільш легким і дешевим типом мереж для установки. Вони на комп'ютері вимагають, окрім мережевої карти і мережевого носія, тільки операційної системи (наприклад Windows XP). При з'єднанні комп'ютерів, користувачі можуть надавати ресурси і інформацію в спільне користування.

Однорангові мережі мають  наступні переваги:

• вони легкі в установці і налаштуванні;
• окремі ПК не залежать від виділеного сервера;
• користувачі в змозі контролювати свої ресурси;
• мала вартість і легка експлуатація;
• мінімум устаткування і програмного забезпечення;
• немає необхідності в адміністраторові;
• добре підходять для мереж з кількістю користувачів, що не перевищує десяти.