Комп ютерні мережі

Вступ.

Інтенсивний розвиток мережних технологій пов'язаний з появою в 1960-х роках великих  обчислювальних машин, або мейнфреймів (mainframe) серії IBM 360. Перші експерименти по створенню комп’ютерних мереж провів у 1965 році дослідник Ларі Робертсон (Масачусетський технологічний університет).Складний комплекс електронних та електромеханічних пристроїв, зокрема периферійних (зовнішніх) пристроїв - накопичувачів на магнітних стрічках, барабанах та дисках, потребував спеціальних умов експлуатації та великого штату обслуговуючого персоналу. Для більш ефективного використання цієї техніки створювались обчислювальні центри, до складу яких, звичайно, входили комп'ютери різної потужності та комплекс периферійних пристроїв. Концентрація обчислювальних потужностей вимагала їх колективного використання. Так з'явились перші системи телеобробки (обробки на відстані) завдань, що ґрунтувались на використанні різних типів термінальних (також і інтелектуальних) пристроїв, які могли знаходитись і за межами обчислювальних центрів. Поява персональних комп'ютерів та необхідність обміну інформацією між їх користувачами суттєво прискорили розвиток мережних технологій. Невдовзі з'явилась потреба об'єднання комп'ютерних систем не лише у межах однієї установи чи фірми, але й у масштабах регіону, країни та всього світу. Потребу в спільному інформаційному просторі сьогодні відчувають не лише науковці та бізнесмени, а й велика кількість користувачів домашніх комп'ютерів. Обмін повідомленнями електронної пошти, розклад руху транспортних засобів, прогноз погоди, доступ до наукової, довідкової, художньої інформації та багато інших послуг має змогу отримувати користувач персонального комп'ютера, що під'єднався до ресурсів глобальних комп'ютерних мереж. 

Розділ 1. Класифікація комп’ютерних мереж.

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

     -можливість класифікації всіх, як існуючих, так і перспективних КМ;

     -диференціацію істотно різних мереж;

     -однозначність класифікації будь-якої комп’ютерної мережі;

     -наочність, простоту й практичну доцільність класифікаційної схеми.

     Певна невідповідність цих вимог робить завдання вибору раціональної схеми  класифікації КМ досить складної, такою, котра не знайшла до цього часу однозначного рішення. В основному КМ класифікують за ознаками структурної й функціональної організації.

     По  призначенню КМ розподіляються на:

• обчислювальні;
• інформаційні;
• змішані (інформаційно-обчислювальні). 

     Обчислювальні мережі призначені головним чином для рішення завдань користувачів з обміном даними між їхніми абонентами. Інформаційні мережі орієнтовані в основному на надання інформаційних послуг користувачам. Змішані мережі поєднують функції перших двох.

     По  типу комп’ютерів, які  входять до складу КМ, розрізняють:

1. однорідні комп’ютерні мережі, які складаються із програмно-спільних ЕОМ;
2. неоднорідні, до складу яких входять програмно-несумісні комп’ютери.

     Особливе  значення займає класифікація по територіальній ознаці, тобто по величині території, що покриває мережа. І для цього є вагомі причини, тому що відмінності технологій локальних і глобальних мереж дуже значні, незважаючи на їхнє постійне зближення.

     Класифікуючи  мережі по територіальній ознаці, розрізняють:

• локальні (Local Area Networks – LAN) мережі;
• глобальні (Wide Area Networks – WAN) мережі;
• міські (Metropolitan Area Networks – MAN) мережі.

     LAN– зосереджені на території не більше 1–2 км; побудовані з використанням дорогих високоякісних ліній зв’язку, які дозволяють, застосовуючи прості методи передачі даних, досягати високих швидкостей обміну даними порядку 100 Мбіт/с, Надавані послуги відрізняються широкою розмаїтістю й звичайно передбачають реалізацію в режимі on-line.

     WAN – поєднують комп’ютери, розосереджені на відстані сотень і тисяч кілометрів. Часто використовуються вже існуючі не дуже якісні лінії зв’язку. Більше низькі, чим у локальних мережах, швидкості передачі даних (десятки кілобит у секунду) обмежують набір надаваних послуг передачею файлів, переважно не в оперативному, а у фоновому режимі, з використанням електронної пошти. Для стійкої передачі дискретних даних застосовуються більш складні методи й устаткування, чим у локальних мережах.

     MAN– займають проміжне положення між локальними й глобальними мережами. При досить більших відстанях між вузлами (десятки кілометрів) вони мають якісні лінії зв’язку й високих швидкостей обміну, іноді навіть більше високими, чим у класичних локальних мережах. Як і у випадку локальних мереж, при побудові MAN уже існуючі лінії зв’язку не використовуються, а прокладаються заново.

     Також додатково виділяють:

     кампусні  мережі (CampusArea Network – CAN), які поєднують значно віддалені одна від однієї абонентські системи або локальні мережі, але ще не вимагають віддалених комунікацій через телефонні лінії й модеми;

     широкомасштабні мережі (Wide Area Network – WAN), які використовують віддалені мости й маршрутизатори з можливо невисокими швидкостями передачі даних.

     Відмітні  ознаки локальної  мережі:

     висока  швидкість передачі, більша пропускна  здатність;

     низький рівень помилок передачі (або, що те ж саме, високоякісні канали зв’язку). Припустима ймовірність помилок  передачі даних повинна бути порядку 10-7 – 10-8;

     ефективний, швидкодіючий механізм керування обміном;

     обмежене, точно певне число комп’ютерів, що підключаються до мережі.

     Глобальні мережі відрізняються від локальних тем, що розраховані на необмежене число абонентів і використовують, як правило, не занадто якісні канали зв’язку й порівняно низьку швидкість передачі, а механізм керування обміном у них у принципі не може бути гарантовано швидким. У глобальних мережах набагато важливіше не якість зв’язку, а сам факт її існування.

     Правда, зараз уже не можна провести чітку й однозначну межу між локальними й глобальними мережами. Більшість локальних мереж має вихід у 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 всі комп’ютери локальної мережі в даному випадку включені також і в глобальну мережу, специфіки локальної мережі це не скасовує. Можливість виходу в глобальну мережу залишається всього лише одним з ресурсів, поділюваних користувачами локальної мережі. 

Розділ 2. Локальні мережі.

     Локальні  мережі – це об’єднання різної кількості комп’ютерів єдиною кабельною системою, що знаходяться на порівняно невеликій відстані між собою (від 10 м до 100 км). Створюються в межах одного приміщення, організації чи району.  Для передачі інформації використовується високошвидкісний канал передачі даних, швидкість у якому приблизно така сама, як швидкість внутрішньої шини комп’ютера.

     Можливості  локальних мереж:

• Обмін даними і колективна обробка даних;
• Спільне користування програмами;
• Спільне користування принтерами та жорсткими дисками;
• Електронна пошта. Усі користувачі мережі можуть передавати та отримувати повідомлення.

     Під топологією (компонуванням, конфігурацією, структурою) комп’ютерної мережі звичайно розуміється фізичне розташування комп’ютерів мережі друг щодо друга й спосіб з’єднання їхніми лініями зв’язку. Важливо відзначити, що поняття топології ставиться, насамперед, до локальних мереж, у яких структуру зв’язків можна легко простежити. У глобальних мережах структура зв’язків звичайно схована від користувачів не занадто важлива, тому що кожний сеанс зв’язку може виконуватися по своєму власному шляху. Топологія визначає вимоги до устаткування, тип використовуваного кабелю, можливі й найбільш зручні методи керування обміном, надійність роботи, можливості розширення мережі.

Типи  топологій:

      А) Зірка;

      Б) Кільце;

      В) Шина;

      Г) Дерево;

     Д) Комбінована.

     Топологія «Зірка» - це топологія з явно виділеним центром. До якого підключаються всі інші абоненти. Обмін інформацією відбувається виключно через центр, що спричинює велике його навантаження, отже нічим, окрім обробки інформації центральний комп’ютер не може. Таким чином, мережеве устаткування центрального комп’ютера має бути значно складнішим, ніж устаткування периферійних абонентів. Як правило, саме центральний комп'ютер є найпотужнішим і саме на нього покладають всі функції з управління обміном. Ніякі конфлікти в мережі з топологією «зірка» в принципі неможливі, тому що керування повністю централізоване, конфліктувати немає чому.

     Якщо говорити про стійкість зірки до відмов комп'ютерів, то вихід з ладу будь-якого периферійного комп'ютера ніяк не відображується на функціонуванні частини мережі, що залишилася, проте будь-яка відмова центрального комп'ютера робить мережу повністю непрацездатною. Тому повинні прийматися спеціальні заходи щодо підвищення надійності центрального комп'ютера і його мережевої апаратури. Обрив будь-якого кабелю або коротке замикання в ньому при топології «зірка» порушує обмін тільки з одним комп'ютером, а всі інші комп'ютери можуть нормально продовжувати роботу.

     В «зірці» на кожній лінії зв'язку перебувають тільки два абоненти: центральний і один з периферійних. Найчастіше для їхнього з'єднання використовується дві лінії зв'язку, кожна з яких передає інформацію тільки в одному напрямку. Таким чином, на кожній лінії зв'язку є тільки один приймач і один передавач. Все це істотно спрощує мережеве встановлення і рятує від необхідності застосування додаткових зовнішніх термінаторів.

     Серйозний недолік топології «зірка» складається  у жорсткому обмеженні кількості  абонентів. Зазвичай центральний абонент  може обслуговувати не більше 8-16 периферійних абонентів. Якщо в цих межах підключення  нових абонентів досить просте, то при їх перевищенні воно просто неможливо. Щоправда, іноді в «зірці» передбачається можливість нарощування, тобто підключення  замість одного з периферійних абонентів  ще одного центрального абонента (у  результаті виходить топологія з  декількох з'єднаних між собою  зірок).

     Велика  перевага зірки полягає в тому, що всі точки підключення зібрані  в одному місці. Це дозволяє легко контролювати роботу мережі, локалізувати несправності мережі шляхом простого відключення від центра тих або інших абонентів, а також обмежувати доступ сторонніх осіб до життєво важливих для мережі точок підключення. До кожного периферійного абонента у випадку зірки може підходити як один кабель (по якому йде передача в обох напрямках), так і два кабелі (кожний з них передає в одному напрямку), причому друга ситуація зустрічається частіше.

     Загальним недоліком для всієї топології  типу «зірка» значно більше, ніж  при іншій топології, витрата  кабелю. Наприклад, якщо комп'ютери  розташовані в одну лінію, то при  виборі топології «зірка» знадобиться  в кілька разів більше кабелю, чим  при топології «шина». Це може істотно  вплинути на вартість всієї мережі в цілому.

     Топологія «Кільце» - це топологія, у якій кожен комп'ютер з'єднаний лініями зв'язку тільки з двома іншими: від одного він тільки одержує інформацію, а іншому тільки передає. На кожній лінії зв'язку, як і у випадку зірки, працює тільки один передавач і один приймач. Це дозволяє відмовитися від застосування зовнішніх термінаторів. Важлива особливість кільця полягає в тому, що кожен комп'ютер ретранслює (відновлює) сигнал, тобто виступає в ролі репітера, тому загасання сигналу у всьому кільці не має ніякого значення, важливо тільки загасання між сусідніми комп'ютерами кільця. Чітко виділеного центра в цьому випадку немає, всі комп'ютери можуть бути однаковими. Однак досить часто в кільці виділяється спеціальний абонент, який управляє обміном або контролює обмін. Зрозуміло, що наявність такого керуючого абонента знижує надійність мережі, тому що вихід його з ладу відразу ж паралізує весь обмін.