Зміст
Вступ 2
1. Характеристика комп'ютерних мереж 3
2. Мережеві топології 9
3. Доступ до середовища передачі даних 14
Висновок 18
Список використаної літератури 19
Вступ
Комп'ютери важлива частина сьогоднішнього світу, а комп'ютерні мережі серйозно полегшують наше життя, прискорюючи роботу і роблячи відпочинок більш цікавим.
Практично відразу після появи ЕОМ виникло питання про налагодження взаємодії комп'ютерів один з одним, щоб більш ефективно обробляти інформацію, використовувати програмні і апаратні ресурси. З'явилися і перші мережі, в той час об'єднували тільки великі ЕОМ у великих комп'ютерних центрах. Проте справжній «мережевий бум» розпочався після появи персональних комп'ютерів, швидко стали доступними широкому колу користувачів спочатку на робот, а потім і вдома. Комп'ютери стали об'єднувати в локальні мережі, а локальні мережі з'єднувати один з одним, підключати до регіональних і глобальних мереж. У результаті за останні років сотні мільйонів комп'ютерів у світі були об'єднані в мережі, і більше мільярда користувачів отримали можливість взаємодіяти один з одним.
Комп'ютерні мережі привнесли в телекомунікаційний світ невичерпні запаси інформації, створені цивілізацією за кілька тисячоліть свого існування і продовжують поповнюватися зі зростаючою швидкістю в наші дні.
Комп'ютерні мережі також активно йдуть назустріч телекомунікаційних мереж, розробляючи нові сервіси, які раніше були прерогативою телефонних, радіо і телевізійних мереж сервіси IP телефонії, радіомовлення і т. д.
Сьогодні можна з упевненістю сказати, що комп'ютерні мережі стали невід'ємною частиною нашого життя, а область їх застосування охоплює буквально всі сфери людської діяльності.
1. Характеристика комп'ютерних мереж
Широке впровадження персональних комп'ютерів привело до необхідності обміну інформацією, що обробляється на різних комп'ютерах. Як перенести великий обсяг інформації з одного комп'ютера на інший? Як роздрукувати інформацію, якщо всього один принтер? Як надати всім комп'ютерам вихід в Інтернет? Ці та багато інших проблем вирішують комп'ютерні мережі.
Комп’ютерна мережа (Network) група комп'ютерів та/або інших пристроїв, якимнебудь способом з'єднаних для обміну інформацією та спільного використання ресурсів [6].
Ресурси програми, файли даних, а також принтери та інші периферійні пристрої, що спільно використовуються в мережі.
Залежно від відстані між зв'язуваними вузлами мережі можна розділити на три основні класи: локальні, регіональні та глобальні (рис. 1).
Рис.1. Класифікація мереж по відстані між вузлами
Локальна обчислювальна мережа (ЛОМ) невелика група комп'ютерів, пов'язаних один з одним і розташованих зазвичай в межах однієї будівлі або організації.
Одною з визначальних ознак локальної мережі є наявність високошвидкісного каналу зв'язку, який на порядок перевищує швидкість передачі даних до периферійних пристроїв. Ця швидкість наближається до швидкості передачі даних системною шиною комп'ютера. В таких мережах швидкість обробки даних залежить в основному від швидкодії комп'ютерів, а не від швидкості передачі даних у каналі зв'язку.
Найдорожчими в локальних мережах є пристрої обробки інформації (комп'ютери), а не комунікаційні пристрої. Ефективність локальних мереж визначається ефективністю використання прикладного програмного забезпечення.
Регіональна мережа мережа, що з'єднує безліч локальних мереж в рамках одного району, міста або регіону. В залежності від конкретної реалізації ці мережі можуть створюватись і функціонувати на засадах локальних чи глобальних мереж [6].
Глобальна мережа мережа, що об'єднує комп'ютери різних міст, регіонів і держав. Глобальні комп'ютерні мережі не обмежені якоюсь певною територією і охоплюють всю планету.
Основним фізичним середовищем для передачі даних у глобальних мережах є лінії зв'язку. Відповідно, швидкість передачі даних в цих мережах не перевищує можливостей ліній зв'язку і є значно нижчою від швидкості обробки даних в комп'ютері.
В глобальних комп'ютерних мережах найдорожчий елемент обладнання та лінії зв'язку, які визначають ефективність та швидкість функціонування таких мереж. Швидкість обробки даних в комп'ютері тут практично несуттєва.
Об'єднання глобальних, регіональних і локальних обчислювальних мереж дозволяє створювати багаторівневі ієрархії, які надають потужні засоби для обробки величезних масивів даних та доступ до практично необмежених інформаційних ресурсів. На рис. 2 приведена одна з можливих ієрархій обчислювальних мереж.
Рис.2. Приклад об'єднання мереж
Локальні обчислювальні мережі (ЛОМ) можуть входити як компоненти до складу регіональної мережі; регіональні мережі об'єднуватися у складі глобальної мережі; нарешті, глобальні мережі можуть утворювати ще більші структури. Найбільшим об'єднанням комп'ютерних мереж в масштабах планети Земля на сьогодні є «мережа мереж» Інтернет [5].
Цікавим прикладом зв'язку локальних і глобальних мереж є віртуальна приватна мережа (Virtual Private Network, VPN). Так називається мережа організації, що виходить в результаті об'єднання двох або декількох територіально розділених ЛВС за допомогою загальнодоступних каналів глобальних мереж, наприклад, через Інтернет (рис. 3).
Рис.3. Віртуальна приватна мережа кілька локальних мереж підприємства
об'єднаних через Інтернет
За типом середовища передачі мережі діляться на дротові і бездротові (рис. 4)
Рис.4. Класифікація мереж по типу середовища передачі
За швидкістю передачі інформації мережі можна розділити на низько , середньо і високошвидкісні (рис. 5).
Рис.5. Класифікація мереж по швидкості передачі інформації
З точки зору розподілу ролей між комп'ютерами мережі бувають однорангові і клієнт серверні (рис. 6).
Однорангова мережа являє собою мережу рівноправних комп'ютерів, кожний з яких має унікальне ім'я (ім'я комп'ютера) і, як правило, пароль для входу в нього під час завантаження ОС. Ім'я й пароль входу надаються власником ПК засобами ОС [7].
У одноранговій мережі всі комп'ютери мають однаковий пріоритет і незалежне адміністрування. Кожен комп'ютер має встановлену операційну систему платформи Microsoft Windows будь-якої версії або сумісну з нею. Ця операційна система підтримує роботу клієнта мережі Microsoft.
Рис.6. Класифікація мереж по розподілу ролей між комп'ютерами
Користувач кожного комп'ютера самостійно вирішує питання про надання доступу до своїх ресурсів іншим користувачам мережі. Це найбільш простий варіант мережі, що не вимагає особливих професійних знань. Установка такої мережі не займає багато часу.
Для побудови однорангової локальної мережі досить об'єднати комп'ютери за допомогою мережевого кабелю (змонтувати кабельну систему) і встановити на комп'ютери, наприклад, ОС Windows. Майстер підключення до мережі, допоможе здійснити всі необхідні настройки операційної системи.
Сервер спеціально виділений високопродуктивний комп'ютер, оснащений відповідним програмним забезпеченням, централізовано керуючий роботою мережі та / або надає іншим комп'ютерам мережі свої ресурси (файли даних, накопичувачі, принтер і т. д.).
У мережі з виділеним сервером управління ресурсами сервера і робочих станцій централізоване і здійснюється з сервера. Відпадає необхідність обходити всі комп'ютери мережі і налаштовувати доступ до ресурсів [9].
Включення нових комп'ютерів і користувачів в мережу також спрощується. Підвищується безпека використання інформації в мережі. Це зручно для мереж, в яких працюють різні категорії користувачів і багато поділюваних ресурсів.
Клієнтський комп'ютер (клієнт, робоча станція) комп'ютер рядового користувача мережі, який одержує доступ до ресурсів сервера (серверів).
2. Мережеві топології
Існує три базові топології, на основі яких будується більшість мереж.
«Шина» (Bus). У цій топології всі комп'ютери з'єднуються між собою одним кабелем (рис.7). Посланні в таку мережу дані передаються всім комп'ютерам, але обробляє їх тільки той комп'ютер, апаратна MAC-адреса мережного адаптера якого записана в кадрі як адреса одержувача [3].
Рис.7. Мережа з топологією «шина»
Ця топологія виключно проста в реалізації та дешева (вимагає найменше кабелю), проте має ряд істотних недоліків.
Недоліки мереж типу «шина» [7]:
Такі мережі важко розширювати (збільшувати число комп'ютерів в мережі і кількість сегментів – окремих відрізків кабелю, які їх з'єднують).
Оскільки шина використовується спільно, в кожен момент часу передачу може вести тільки один з комп'ютерів. Якщо передачу одночасно починають два або більше комп'ютерів, виникає спотворення сигналу (зіткнення, або колізія), що приводить до пошкодження всіх кадрів. Тоді комп'ютери змушені призупиняти передачу, а потім по черзі ретранслювати дані. Вплив зіткнень тим помітніше, чим вище обсяг переданої по мережі інформації і чим більше комп'ютерів підключено до шини. Обидва ці фактори, природно, знижують як максимально можливу, так і загальну продуктивність мережі, сповільнюючи її роботу.
«Шина» є пасивною топологією – комп'ютери тільки «слухають» кабель і не можуть відновлювати затухаючі при передачі по мережі сигнали. Щоб подовжити мережу, потрібно використовувати повторювачі (репітери), що підсилюють сигнал перед його передачею в наступний сегмент.
Надійність мережі з топологією «шина» невисока. Коли електричний сигнал досягає кінця кабелю, він (якщо не прийняті спеціальні заходи) відображається, порушуючи роботу всього сегменту мережі . Щоб запобігти таке відображення сигналів, на кінцях кабелю встановлюються спеціальні резістори ( термінатори), поглинаючі сигнали. Якщо ж у будь-якому місці кабелю виникає обрив – наприклад, при порушенні цілісності кабелю або просто при від'єднанні коннектора, – то виникають два незатермінірованних сегмента, на кінцях яких сигнали починають відбиватися, і вся мережа перестає працювати.
Проблеми, характерні для топології «шина», призвели до того, що ці мережі, такі популярні ще десять років тому, зараз вже практично не використовуються.
«Кільце» (Ring). У даній топології кожен з комп'ютерів з'єднується з двома іншими так, щоб від одного він отримував інформацію, а другий – передавав її (рис.8). Останній комп'ютер підключається до першого, і кільце замикається [7].
Рис.8. Мережа з топологією «кільце»
Переваги та недоліки мережі з топологією "кільце" представлені в табл.1.
Таблиця 1.
Переваги та недоліки мережі з топологією "кільце"
| Переваги | Недоліки |
| оскільки у кабелів в цій мережі немає вільних кінців, термінатори тут не потрібні; кожен з комп'ютерів виступає в ролі повторювача, посилюючи сигнал, що дозволяє будувати мережі великої протяжності; через відсутність зіткнень топологія має високу стійкість до перевантажень, забезпечуючи ефективну роботу | сигнал в «кільці» повинен пройти послідовно (і тільки в одному напрямку) через всі комп'ютери, кожен з яких перевіряє, чи не йому адресована інформація, тому час передачі може бути досить великим; підключення до мережі нового комп'ютера часто вимагає його зупинки, що порушує роботу всіх інших комп'ютерів; вихід з ладу хоча б одного з комп'ютерів або пристроїв порушує роботу всієї мережі; |
| з великими потоками інформації, що передається по мережі | обрив або коротке замикання в будь-якому з кабелів кільця робить роботу всієї мережі неможливою; щоб уникнути зупинки роботи мережі при відмові комп'ютерів або обриві кабелю, зазвичай прокладають два кільця, що істотно здорожує мережу |
Тут, так само як і для мереж з топологією «шина», недоліки кілька переважують переваги, в результаті чого популярні раніше кільцеві мережі тепер використовуються набагато рідше.
Активна топологія «зірка» (Active Star). Ця топологія виникла на зорі обчислювальної техніки, коли до потужного центрального комп'ютера підключалися всі інші абоненти мережі. У такій конфігурації всі потоки даних йшли виключно через центральний комп'ютер; він же повністю відповідав за управління інформаційним обміном між усіма учасниками мережі. Конфлікти при такій організації взаємодії в мережі були неможливі, проте навантаження на центральний комп'ютер була настільки велика, що нічим іншим, крім обслуговування мережі, цей комп'ютер, як правило, не займався. Вихід його з ладу приводив до відмови всієї мережі, тоді як відмова периферійного комп'ютера або обрив зв'язку з ним на роботі решті мережі не позначався. Зараз такі мережі зустрічаються досить рідко [7].
Набагато більш поширеною сьогодні топологією є схожий варіант – «зірка–шина» (Star Bus), або «пасивна зірка» (рис.9). Тут периферійні комп'ютери підключаються не до центрального комп'ютера, а до пасивного концентратора, або хабу (hub). Останній, на відміну від центрального комп'ютера, ніяк не відповідає за управління обміном даними, а виконує ті ж функції, що і повторювач, тобто відновлює сигнали які надходять і пересилає їх усім іншим підключеним до нього комп'ютерів і пристроїв. Саме тому дана топологія, хоча фізично і виглядає як «зірка», логічно є топологією «шина» (що й відображено в її назві).
Рис.9. Мережа з топологією «зірка-шина»
Незважаючи на більшу витрату кабелю, характерну для мереж типу «зірка», ця топологія має суттєві переваги перед іншими, що й зумовило її найширше застосування в сучасних мережах.
Переваги мереж типу «зірка-шина» [6]:
Надійність - підключення до центрального концентратора і відключення комп'ютерів від нього ніяк не відбивається на роботі решти мережі; обриви кабелю впливають тільки на одиничні комп'ютери; термінатори не потрібні.
Легкість при обслуговуванні та усуненні проблем – всі комп'ютери і мережеві пристрої підключаються до центрального з'єднувального пристрою, що істотно спрощує обслуговування та ремонт мережі.
Захищеність – концентрація точок підключення в одному місці дозволяє легко обмежити доступ до життєво важливих об'єктів мережі.
Відзначимо, що при використанні замість концентраторів більш «інтелектуальних» мережевих пристроїв (мостів, комутаторів і маршрутизаторів) виходить «проміжний» тип топології між активною і пасивною зіркою. У цьому випадку пристрій зв'язку не тільки ретранслює сигнали, що надходять, але і проводить управління їх обміном.
Реальні комп'ютерні мережі постійно розширюються і модернізуються. Тому майже завжди така мережа є гібридною, тобто її топологія представляє собою комбінацію декількох базових топологій. Легко уявити собі гібридні топології, що є комбінацією «зірки» і «шини», або «кільця» і «зірки» [8].
Однак особливо слід виділити топологію «дерево» (tree), яку можна розглядати як об'єднання кількох «зірок» (рис.10). Саме ця топологія сьогодні є найбільш популярною при побудові локальних мереж.
Рис.10. Мережа з топологією «дерево»
Нарешті, слід згадати про сітчасту, або сіточну ( mesh ) топологію, в якій всі або багато комп'ютерів та інші пристрої з'єднані один з одним безпосередньо (рис.11). Така топологія виключно надійна – при обриві будь–якого каналу передача даних не припиняється, оскільки можливо кілька маршрутів доставки інформації. Сіткові топології (найчастіше не повні, а часткові) використовуються там, де потрібно забезпечити максимальну відмовостійкість мережі, наприклад при об'єднанні кількох ділянок мережі великого підприємства або при підключенні до Інтернету, хоча за це, звичайно, доводиться платити: істотно збільшується витрата кабелю, ускладнюється мережеве обладнання та його налаштування.
Локальная сеть 2
Локальная сеть 5
Рис.11. Мережа з сітчастою топологією
3. Доступ до середовища передачі даних
Канали зв'язку у мережах складаються з ланок передавання даних, які за сучасного рівня розвитку технічних засобів мають наступну структуру [1].
Призначення кожного елементу цієї структури повністю описується його назвою. Дані ланкою можуть передаватись в обох напрямах.
В залежності від послідовності передавання даних в обох напрямах ланки розрізняють такі режими роботи: симплексний (почерговий) (simplex), напівдуплексний (duplex) та дуплексний (одночасний) (full duplex).
Канал зв'язку складається з ланок передавання даних та каналоуворюючого обладнання, причому у кожному сеансі склад ланок в каналі може бути різним в залежності від обраного маршруту зв'язку.
Як носії інформації в сучасній комунікаційній техніці використовуються електромагнітні сигнали у вигляді коливань різних частот.
Під середовищем передачі даних (зв'язки) розуміється фізичне середовище, по якому розповсюджується сигнал при його проходженні по лінії зв'язку [3].
В лініях зв'язку використовуються 2 основні технології: провідникова і безпровідникова.
Провідники, що використовуються в комп'ютерних мережах, підрозділяються на:
1) Мідні електричні провідники. Найпоширеніше середовище передачі. Як носій інформації використовується змінний електричний струм різних частот і форм сигналу.
Найпоширеніші види кабелів, які використовуються в комп'ютерних мережах:
коаксіальний кабель – ізольована мідна жила, екранована металевою опліткою;
екранована або неекранована вита пара – пара ізольованих скручених дротів;
телефонні лінії загального користування (ТфОП) – двожильні ізольовані дроти абонентних ліній і багатожильні кабелі телефонних комунікацій.
2) Волоконно-оптичні (оптоволоконні) лінії зв'язку (ВОЛЗ) є порожнистим гнучким провідником (свіловод), покритим зсередини речовиною, що відображає, як носій використовує модульований світловий промінь, який випускається лазером.
При безпровідному зв'язку як середовище передачі використовується навколишнє повітря, вода, вакуум або інше середовище, яке не затримує електромагнітні хвилі, які є в даному випадку носієм інформації. По частотному діапазону безпровідний зв'язок підрозділяється на:
радіозв'язок – використовується в супутниковому зв'язку і при видаленому доступі;
інфрачервоний – використовується в основному для зв'язку з безпровідними периферійними пристроями;
оптичний – використовується рідко через наявність перешкод на шляху розповсюдження сигналу;
надвисокочастотний (СВЧ) – використовується в локальних мережах.
З мережевою топологією тісно пов'язане поняття способу доступу до середовища передачі, під яким розуміється набір правил, що визначають, як саме комп'ютери повинні відправляти і приймати дані по мережі [4].
Таких способів можливо декілька. Основними з них є:
множинний доступ з контролем несучої і виявленням зіткнень;
множинний доступ з контролем несучої і запобіганням зіткнень;
передача маркера.
При множинному доступі з контролем несучої і виявленням зіткнень (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA / CD) всі комп'ютери ( множинний доступ) « слухають » кабель (контроль несучої) , щоб визначити, чи передаються по ньому дані чи ні. Якщо кабель вільний, будь –який комп'ютер може почати передачу; тоді всі інші комп'ютери повинні чекати, поки кабель не звільниться. Якщо комп'ютери почали передачу одночасно і виникла сутичка, всі вони призупиняють передачу (виявлення зіткнень), кожен – на різні проміжки часу, після чого ретранслюють дані.
Серйозним недоліком цього способу доступу є те, що при великій кількості комп'ютерів і високому навантаженні на мережу число зіткнень зростає, а пропускна спроможність падає, іноді дуже суттєво.
Однак цей метод дуже простий в технічній реалізації, тому саме він використовується в найбільш популярною сьогодні технології Ethernet. А щоб зменшити кількість зіткнень, в сучасних мережах застосовуються такі пристрої, як мости, комутатори і маршрутизатори.
Метод множинного доступу з контролем несучої і запобіганням зіткнень (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA/CA) відрізняється від попереднього тим, що перед передачею даних комп'ютер посилає в мережу спеціальний невеликий пакет, повідомляючи інші комп'ютери про свій намір розпочати трансляцію. Так інші комп'ютери «дізнаються» про підготовку передачі, що дозволяє уникнути зіткнень [1].
Звичайно, ці повідомлення збільшують загальне навантаження на мережу і знижують її пропускну здатність (через що метод CSMA/CA працює повільніше, ніж CSMA/CD), однак вони, безумовно, необхідні для роботи, наприклад, бездротових мереж.
У мережах з передачею маркера ( Token Passing ) від одного комп'ютера до іншого по кільцю постійно курсує невеликий блок даних, званий маркером. Якщо у комп'ютера, що отримав маркер, немає інформації для передачі, він просто пересилає його наступному комп'ютеру. Якщо ж така інформація є, комп'ютер «захоплює» маркер, доповнює його даними і відсилає все це наступному комп'ютера по колу. Такий інформаційний пакет передається від комп'ютера до комп'ютера, поки не досягає станції призначення. Оскільки в момент передачі даних маркер в мережі відсутній, інші комп'ютери вже не можуть нічого передавати. Тому в мережах з передачею маркера неможливі ні зіткнення, ні тимчасові затримки, що робить їх дуже привабливими для використання в системах автоматизації роботи підприємств.
Висновок
Комп’ютерна мережа – це система розподіленої обробки інформації між комп’ютерами за допомогою засобів зв’язку.
Комп’ютерна мережа являє собою сукупність територіально рознесених комп’ютерів, здатних обмінюватися між собою повідомленнями через середовище передачі даних.
Комп’ютери підключаються до мережі через вузли комутації. Вузли комутації з’єднуються між собою канали зв’язку. Вузли комутації разом з каналами зв’язку утворюють середовище передачі даних. Комп’ютери, підключені до мережі, у літературі називають вузлами, абонентськими пунктами чи робочими станціями. Комп’ютери, що виконують функції керування мережею чи надають які-небудь мережеві послуги, називаються серверами. Комп’ютери, що користуються послугами серверів, називаються клієнтами. Кожен комп’ютер, підключений до мережі, має ім’я (адресу). Комп’ютерні мережі можуть обмінюватися між собою інформацією у вигляді повідомлень
Для підключення до мережі комп’ютери повинні мати:
- апаратні засоби, що з’єднують комп’ютери із середовищем передачі даних;
- мережеве програмне забезпечення, за допомогою якого здійснюється доступ до послуг мережі.
У світі існують тисячі різноманітних комп’ютерних мереж. Найбільш істотними ознаками, що визначають тип мережі, є ступінь територіального розосередження, топологія і застосовані методи комутації.
По ступеню розосередження комп’ютерні мережі поділяються на локальні, регіональні і глобальні.
Список використаної літератури
Microsoft Corporation. Компьютерные сети : учебный курс. – М. : Издательско–торговый дом «Русская редакция», 2003. – 564 c.
Андэрсон К., Минаси М. Локальные сети.– СПб.: Апринт, 2009.– 375 c.
Буров Є. Комп’ютерні мережі. – Львів: БАК, 2007 – 468 с.
Гук М. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия. – СПб., 2000. – 576 с.
Локальные вычислительные сети. Принципы построения, архитектура, коммуникационные средства./ Под ред. С.В.Назарова. – М.: Фин. и стат., 2007. – 400 с.
Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. – СПб. : Питер, 2008. – 958 с.
Основы современных компьютерных технологий./ Под ред. А.Д.Хомоненко. – СПб.: Корона, 2006. - 448 с.
Халсалл Ф. Передача данных, сети компьютеров и взаимосвязь открытых систем. – М.: Радио и св., 2010. – 354 с.
Шатт С. Мир компьютерных сетей. – К.: BHV, 2008. – 314 с.