ПОНЯТТЯ ПРО КОМП’ЮТЕРНУ МЕРЕЖУ, ЗАГАЛЬНІ ПРИНЦИПИ ПОБУДОВИ ТА ВИМОГИ ДО ЇЇ ФУНКЦІОНУВАННЯ

Комп’ютерна мережа – це сукупність взаємопов’язаних та узгоджених апаратних і програмних засобів (комп’ютерів, периферійного (мережного) обладнання, операційних систем і мережних додатків), з’єднаних між собою каналами зв’язку для передавання даних і призначених для розподілу та колективного використання апаратних, обчислювальних, програмних засобів та інформаційних ресурсів.

Об’єкти, що генерують або споживають інформацію в такій мережі, це – абоненти мережі.Ними можуть бути як окремі комп’ютери, так і цілі комплекси, термінали^[1] тощо. Кожний абонент підключений до станції.

Станція – це апаратура, яка виконує функції, що пов’язані з передаванням і прийманням інформації. Сукупність абонента та станції – це вже абонентська система.Абонентські системи між собою взаємодіють через канали зв’язку, в яких поширюються сигнали, та апаратуру прийому-передачі даних, що являє собою вже телекомунікаційну^[2] мережу. Об’єднання окремих абонентських систем та телекомунікаційних мереж й створює комп’ютерну мережу, яка дає можливість спільного використання накопичувачів великої ємності, принтерів, основної пам’яті, мати спільні програмні, апаратні та інформаційні ресурси навіть віддалених комп’ютерів.

Основними призначеннями комп’ютерної мережі є:

1) забезпечення оперативного, простого, зручного і надійного доступу користувачів до спільних розподілених ресурсів;

2) організація їх колективного використання.

Для роботи в складі мережі кожен комп'ютер повинний мати пристрої сполучення з каналами зв’язку. Ними є мережний адаптер (мережна карта, модем). Функцією мережного адаптера є передача і прийом мережних сигналів з каналу зв’язку. Адаптер сприймає команди і дані від мережної операційної системи (ОС), перетворює цю інформацію в один зі стандартних форматів і передає її в мережу.

Класифікуються комп’ютерні мережі за такими ознаками: ступінню територіального розосередження, доступом до інформації, призначенням, топологією, методами комутації, що застосовуються.

За ступенем територіального розосередження комп’ютерні мережі поділяють на:

1) локальні – Local Area Networks (LAN) – це мережі, що розташовані на невеликій території, об’єднують невелику кількість комп’ютерів (наприклад, до 100) та існують у рамках однієї організації або підприємства;

2) корпоративні – це мережі в масштабі однієї організації, підприємства, установи, які мають різні віддалені філії. Складовими корпоративної мережі є менші локальні мережі окремих підрозділів, які з’єднані між собою каналами зв’язку;

3) регіональні – це мережі в межах певного регіону (міста, області, країни);

4) глобальні – Wide Area Networks (WAN) – об’єднання мереж, яке надає послуги багатьом кінцевим користувачам, розміщеним на великій території, що можуть знаходитися в різних регіонах світу. Найяскравішим прикладом глобальної мережі світового масштабу є Internet.

За доступом до інформації комп’ютерні мережі поділяють на:

1) з централізованим банком даних (інформація сконцентрована на одному або декількох потужних комп’ютерах);

2) з децентралізованим банком даних (інформація розподілена по всіх або якійсь частині комп’ютерів).

За призначенням мережі поділяють на:

1) інформаційні (за допомогою яких можна отримувати інформацію з різних джерел);

2) обчислювальні (для проведення обчислень на комп’ютерах мережі);

3) інформаційно-обчислювальні.

За методами комутації (управління з’єднанням) розрізняють комп’ютерні мережі:

- з комутацією каналів;

- з комутацією повідомлень;

- з комутацією пакетів.

Одним з основних завдань, які вирішуються під час створення комп’ютерних мереж, є забезпечення сумісності обладнання за електричними та механічними характеристиками і сумісності інформаційного забезпечення (програм і даних) за системою кодування та формату даних. Вирішення цієї задачі належить до галузі стандартизації та грунтується на моделі взаємодії відкритих систем OSI, яка створена на підставі технічних пропозицій Міжнародного інституту стандартів ISO.

Відкрита система - це система, що взаємодіє з іншими системами відповідно до прийнятих стандартів - протоколів. Протоколи визначають характер апаратної взаємодії елементів мережі (апаратні протоколи) та характер взаємодії програм і даних (програмні протоколи). Фізично функції підтримки протоколів виконують апаратні пристрої (інтерфейси) та програмні засоби (програми підтримки протоколів). Програми, що виконують функцію підтримки протоколів часто також називають протоколами.

Згідно з цією моделлю архитектуру мереж розглядають на різних рівнях, на кожному з яких існує відповідний стандарт - протоколдля забезпечення необхідної сумісності.

У загальному випадку рівнів мережі може бути до семи: прикладний, представницький, сеансовий, транспортний, мережний, рівень сполучення, фізичний. На прикладному рівні користувач створює документ, на представницькому рівні ОС його комп’ютера фіксує, де знаходяться створені дані, і забезпечує взаємодію з наступним рівнем. Протоколи сеансового рівня перевіряють права користувача на роботу в мережі і передають документ до протоколів транспортного рівня, на якому документ розділяється на пакети стандартного розміру. Мережний рівень визначає маршрут руху даних у мережі. На рівні сполучення дані готуються до передачі каналами зв’язку (працює модем або мережна карта). На фізичному рівні відбувається безпосередня передача даних каналами зв’язку. На комп’ютері одержувача прийняті сигнали поступово перетворюються у документ при переході з нижнього рівня на верхній.

Комп’ютери підключаються безпосередньо до ліній зв’язку локальних мереж через мережні адаптери. Якщо ж потрібно організувати віддалене підключення комп’ютера до мережі (локальної або глобальної), використовується модем.

Мережний адаптер (мережна карта) – інтерфейсний блок для спряження комп’ютера з лінією зв’язку. Мережний адаптер виконує кодування і декодування інформації, синхронізацію передавання сигналів, а також перевіряє правильність передавання.

Модем (скорочення від слів МОдулятор/ДЕМодулятор) – пристрій, що з боку передавача забезпечує перетворення цифрового сигналу комп’ютера у модульований аналоговий сигнал, а з боку приймача виконує зворотне перетворення сигналів.

Для сполучення комп’ютерних мереж, у яких реалізовані різні протоколи на тому чи іншому рівні, застосовуються такі засоби як концентратори, комутатори, маршрутизатори, шлюзи.

Концентратор (або повторювач) використовують для сполучення мереж з різним середовищем передачі даних або для збільшення довжини каналу передачі даних. Концентратор має кілька портів, причому сигнал, що надійшов на один з портів, повторюється на всіх його портах. В англомовній літературі за концентратором закріплено назву hub (хаб).

При зростанні числа комп’ютерів, які обслуговуються концентратором, різко зменшується пропускна здатність мережі (кожен комп’ютер має аналізувати всі кадри, які циркулюють у мережі). Запобігти цьому можна розділенням мережі на фрагменти спеціальними пристроями - комутаторами.

Комутатор (прості варіанти цих пристроїв називають мостами) - для сполучення мереж, що розрізняються форматом пакету, який передається, тобто різняться протоколи рівня сполучення. Окремі фрагменти мережі сполучаються між собою через комутатори, які аналізують адресу призначення кожного кадру. Якщо комп’ютер-адресат розташований у тому самому сегменті мережі, що й відправник, комутатор з’єднує між собою порти лише даного сегмента, а інші не беруть участі в обміні даними, тобто навантаження кожного сегмента зменшується завдяки виключенню обмінів у інших сегментах.

Маршрутизатори - для сполучення мереж з різними способами адресації (різні протоколи мережного рівня), тобто дозволяють з’єднувати в єдину мережу ті під мережі, які працюють з різними протоколами. Маршрутизатори є інтелектуальними пристроями, вони обирають раціональний маршрут пакета даних з одного вузла мережі до іншого..

Шлюзи - для сполучення мереж з різними протоколами верхніх рівнів. Наприклад, для різних систем електронної пошти чий протокол являє собою реалізацію протоколів прикладного, представницького та сеансового рівнів, шлюзи перетворюють формат листа, алфавіт і т. ін.

У залежності від функцій, які виконують комп’ютери у складі мережі усі вони поділяються на два класи - сервери і робочі станції.

Сервер - комп'ютер, що надає свої ресурси (наприклад, диски) іншим комп'ютерам мережі. Сервери надають свої ресурси робочим станціям і відрізняються вищою продуктивністю, більшими обсягами ОЗП та жорстких дисків.

Робоча станція (клієнт) використовує ресурси сервера. Робочі станції мають доступ до мережних ресурсів.

Функціональні можливості мережі визначаються послугами, які вона надає користувачеві. Для реалізації кожної з таких послуг розробляється програмне забезпечення. Найпоширенішими є дві основні концепції побудови такого програмного забезпечення.

Перша концепція заснована на використанні файлового сервера, який є джерелом ресурсів і на якому встановлено мережну ОС, що керує ресурсами цього сервера і надає до них доступ користувачам. На робочих станціях встановлюється тільки невелика оболонка, яка забезпечує взаємодію з файл-сервером. Необхідні інформаційні ресурси переносяться на комп’ютер користувача, де виконується їх обробка.

У другій концепції, яка має назву архитектура “клієнт-сервер” (характерна для глобальних мереж) програмне забезпечення орієнтоване не тільки на спільне використання ресурсів, а й на оброблення ресурсів у місці їх розташування за запитами користувачів. Програмні засоби при цьому складаються з програмного забезпечення сервера і програмного забезпечення користувача - клієнта.

Таким чином, мережний сервер – це потужний комп’ютер мережі, який обслуговує інші комп’ютери - робочі станції. Основними завданнями серверів є зберігання даних та обробка запитів.

Об’єднання комп’ютерів у мережу визначається схемою фізичного з’єднання комп’ютерів, тобто топологією або конфігурацією мережі. Існують чотири основних типи мережної топології: спільна шина, зірка, деревоподібна і кільце.

Розглянемо кожний з типів конфігурацій:

1.) спільна шина:

При використанні шинної топології комп’ютери з’єднуються в одну лінію (підключаються до одного коаксіального кабелю), по кінцях якої встановлюють термінатори (узгоджувальний опір). Інформація може поширюватися в обидві сторони, повідомлення реєструються усіма вузлами, але приймаються тільки тими з них, кому вони адресовані. Переваги шинної топології полягають у простоті організації мережі і низькій вартості.

Недоліки – низька надійність (ушкодження кабелю у певному місці може вивести з ладу всю мережу), погана можливість роботи в реальному режимі часу, можливі конфлікти регулювання потоку повідомлень при одночасній спробі декількох вузлів скористатися шиною.

2) зірка: