Ім'я файлу: Конспект до лекції № 4 інф.docx
Розширення: docx
Розмір: 227кб.
Дата: 23.11.2023
скачати
Пов'язані файли:
ІКМ-719В_ІДЗ_ОПСА_Тархін_І_О.doc
Фильрация кальц. соди.docx
Реферат Подорванов.docx

Конспект до лекції № 4 «Характеристика базових інформаційних мереж»

1.    Класифікація комп’ютерних мереж

Комп’ютерна мережа — сукупність пристроїв, з’єднаних каналами передавання даних, для спільного користування апаратними, програмними та інформаційними ресурсами під керуванням спеціального програмного забезпечення.

Комп’ютерні мережі призначені для:

§   швидкого обміну даними між окремими комп’ютерами даних;

§   віддаленого керування комп’ютерами;

§   спільного доступу до периферійних пристроїв.

У комп’ютерній мережі комп’ютери можуть виконувати різні функції. Комп’ютер, який керує розподілом ресурсів мережі, називають сервером (від англ. server — той, хто подає); комп’ютери, які користуються ресурсами мережі, називають клієнтами, або робочими станціями.

Розглянемо класифікацію комп’ютерних мереж детально.



Рис. 13. 1 Класифікація комп’ютерних мереж

За територією мережі поділяються таким чином.

Персональні (PAN, від англ. Personal Area Network — мережа особистого простору, персональна мережа) — мережі для взаємодії пристроїв, що належать одній людині та об’єднують її власні електронні пристрої: персональні комп’ютери, ноутбуки, планшети, смартфони, комунікатори.

Локальні (LAN, від англ. Local Area Network — мережа локального простору) — з’єднують пристрої, розташовані на порівняно невеликій відстані один від одного, зазвичай у межах однієї або кількох сусідніх будівель, наприклад мережа навчального закладу.

Міські, регіональні (MAN, від англ. Metropolitan Area Network — мережа міського простору) — обласні й національні мережі. Приміром, www.ukr.net — це українська національна мережа.

Глобальні (WAN, від англ. Wide Area Network — мережа широкого простору) — об’єднують комп’ютерні мережі. Найвідомішою глобальною мережею є Інтернет.

Топологією називають фізичне розташування вузлів мережі один відносно одного та способи їхнього з’єднання лініями зв’язку.

Комп’ютерні мережі поділяються також за топологією.

Існують три базові топології («загальна шина», «кільце», «зірка») та додаткові, що є модифікацією або поєднанням базових, наприклад топологію «дерево» можна розглядати як комбінацію декількох «зірок».

Кожна топологія накладає певні вимоги.

Топологія «загальна шина» передбачає використання одного кабелю, до якого під’єднуються всі комп’ютери мережі. Надіслане з будь-якого комп’ютера мережі повідомлення поширюється на всі інші комп’ютери мережі. Кожний із них перевіряє, кому адресовано повідомлення. Опрацьовує повідомлення лише той комп’ютер, якому воно адресоване. Комп’ютери можуть передавати дані лише послідовно, оскільки лінія зв’язку одна і спільна. Всі комп’ютери мають рівні права, все обладнання є ідентичним.



Рис. 13. 2 Топологія «загальна шина»

Топологія «кільце» — топологія, в якій кожен комп’ютер з’єднано лініями зв’язку лише з двома іншими від одного він тільки отримує інформацію, а іншому тільки передає. Комп’ютери в «кільці» не є повністю рівноправними: одні обов’язково отримують інформацію від комп’ютера, який надсилає повідомлення в цей момент, раніше, а інші — пізніше.



Рис. 13. 3 Топологія «кільце»

У топології «зірка» всі комп’ютери мережі приєднано до центрального вузла, через який весь обмін інформацією йде від одного комп’ютера до іншого. Як центральний вузол можуть виступати або концентратор чи комутатор — таку топологію називать пасивною «зіркою», або потужний комп’ютер, на який покладається дуже велике навантаження,— таку топологію називають активною «зіркою».



Рис. 13. 4 Топологія «зірка»

Будь–яка класифікація мереж є доволі умовною, оскільки реальні конфігурації здебільшого охоплюють одразу декілька класифікаційних груп.

За способом передавання даних мережі поділяють на кабельні (дротові) і бездротові.

Кабельною (дротовою), називають мережу якщо середовищем передавання даних є кабель. У такому середовищі дані передаються електричними або оптичними сигналами.

Сьогодні використовують такі типи кабелів:

Кручена пара — це декілька пар скручених мідних дротів у кольоровій пластиковій ізоляції . Пучки кручених пар дротів захищає зовнішнє обплетення. Такий кабель ви- користовують у телефонному зв’язку та в більшості мереж Ethernet (від англ. ether — ефір і net — мережа) — це пакетна технологія передачі даних, яка застосовується при побудові комп’ютерних мереж. Залежно від типу кабелю максимальна відстань передавання даних без підсилення сигналу становить від 15 до 100 м, а швидкість передавання даних може досягати 100 Гбіт/с.

Коаксіальний кабель — це кабель із ізольованою мідною оточеною металевою оболонкою-екраном. Такий кабель використовують для під’єднання комп’ю терів до мережі та поширення сигналів телебачення. Максималь- на відстань передавання даних без підсилення сигналу становить 500 м, максимальна швидкість передавання даних може досягати 10 Мбіт/с.

Оптоволоконний кабель — це скляна або пластикова нитка, що використовується для перенесення світла за допомогою повного внутрішнього відображення. Структура оптоволоконного кабелю схожа на структуру коаксіального кабелю. Але замість центрального мідного дроту в такому кабелі використовується тонке (діаметром близько 1–10 мкм) оптоволокно, а замість внутрішньої ізоляції — скляна або пластикова оболонка, що не дозволяє світлу виходити за межі оптоволокна.

Застосування цього кабелю дозволяє реалізувати найшвидший на сьогодні спосіб передавання даних. Відстань передавання даних без підсилення сигналу становить 50 км, а швидкість передавання даних сягає від 10 Гбіт/с до 4–8 Тбіт/с.

Бездротовою називають мережу, в якій дані передаються радіосигналами.

Стандартами бездротових мереж є:

Wi-Fi (від англ. Wireless Fidelity — бездротова точність) — стандарт для обладнання бездротових мереж і торгова марка консорціуму Wi-Fi Alliance, до якого входять найбільші виробники комп’ютерного устаткування та обладнання Wi-Fi.

WiMAX, Mobile WiMAX, Mobile-Fi — технології бездротових мереж, які призначено для використання разом із технологією Wi-Fi (або замість неї) із метою розширення бездротових мереж. Зокрема, мережа WiMAX забезпечує кращий доступ до Інтернету, ніж Wi-Fi, і має більшу площу покриття.

LTE (від англ. Long-Term Evolution — довготривалий розвиток, часто позначається як 4G LTE) — стандарт бездротової високошвидкісної передачі даних для мобільних телефонів і інших терміналів, що працюють із даними.

Bluetooth — стандарт для бездротових персональних мереж. Технологія забезпечує обмін даними між кишеньковими та стаціонарними комп’ютерами, мобільними телефонами, ноутбуками, принтерами, цифровими фотокамерами тощо.

 

2.     Мережеві пристрої

Мережеве обладнання — пристрої, необхідні для роботи комп'ютерної мережі.

Наприклад: маршрутизатор, комутатор, концентратор, патч-панель та ін. Зазвичай розрізняють активне та пасивне мережеве обладнання.

Активне мережеве обладнання має певні «інтелектуальні» можливості. До цього типу належать маршрутизатор, комутатор (світч).

Під пасивним мережним устаткуванням мається на увазі обладнання, не наділене «інтелектуальними» особливостями. Таким обладнанням вважається кабельна система, вилка/розетка, повторювач, патч-панель, концентратор (хаб), монтажні шафи, стійки.

Мережеві пристрої забезпечують транспортування даних між пристроями користувача. Вони подовжують і об’єднують кабельні з’єднання, перетворюють дані з одного формату в інший і керують передаванням даних.

До мережевих пристроїв належать:

Повторювач (англ. repeater) — це пристрій, призначений для підсилення мережевих сигналів, що дозволяє передавати їх середовищем на більшу відстань. Причому повторювач не переглядає іншу інформацію, яка міститься в пакеті.

Концентратор (англ. hub — центр уваги) — це один із видів мережевих пристроїв, які можна встановлювати на рівні доступу мережі Ethernet. На ньому є кілька портів для під’єднання вузлів до мережі.

Концентратор не визначає, якому вузлу призначено конкретне повідомлення. Він просто приймає електронні сигнали одного порту й відтворює їх для всіх інших портів. Для передавання та отримання повідомлень всі порти концентратора Ethernet під’єднуються до одного і того самого каналу.

Міст (англ. bridge — міст) — це пристрій, призначений для фільтрування потоків даних у локальній мережі для того, щоб локалізувати передавання даних і разом із тим зберегти можливість зв’язку з іншими частинами мережі для перенаправлення туди потоків даних. Міст збирає інформацію про те, на якому порті знаходиться конкретна MAC-адреса, і приймає рішення про пересилку даних на підставі відповідного списку MAC-адрес. Мости здійснюють фільтрацію потоків даних, базуючись лише на MAC-адресі вузлів, тому можуть швидко пересилати дані.

Комутатор (англ. switch — перемикач) — це пристрій, який можна назвати «розумним» концентратором, тому що він передає дані тільки безпосередньо отримувачу.

Маршрутизатори (англ. router) — це пристрої об’єднаних мереж, які пересилають пакети між мережами на основі адрес. Маршрутизатор здатний вибирати найкращий шлях у мережі для переданих даних.

Маршрутизатор може приймати рішення на основі мережевих адрес замість використання індивідуальних MAC-адрес другого рівня. Завдяки цій здатності маршрутизатори стали основною магістраллю глобальної мережі Internet.

Мережева карта (мережевий інтерфейс) — пристрій, яким оснащують комп’ютер для під’єднання до мережі за допомогою мережевого кабелю чи радіоканалу. Для під’єднання до бездротової мережі можуть використовуватися не тільки мережеві карти, а й спеціальні пристрої.

Мережеві інтерфейси виготовляють у вигляді плат або окремих пристроїв — для бездротових мереж. Тип мережевого інтерфейсу має відповідати типу середовища передавання.

 

3.    Адресація в мережах

Кожна людина має прізвище, ім.'я, паспорт, ідентифікаційний код. Іх складають за певними правилами та вони є унікальними для кожної людини. Так само чинять з адресою ресурсів мережі Інтернет. Кожний ресурс Інтернету (апаратний, програмний чи інформаційний) має свою адресу.



Рис. 13. Види адресацій в Інтернеті

IP-адреса — це ідентифікаційний номер комп’ютера в мережі. Як і в локальній мережі, IP-адреса комп’ютера в Інтернеті створюється за протоколом ІРv4 та складається з чотирьох десяткових чисел від 0 до 255, розділених крапками, наприклад 78.111.176.233.

Виявилося, що кількості комбінацій чотирьох чисел (4,2 млрд) для потреб адресації недостатньо, тому з 2008 року запроваджено протокол IPv6. За ним IP-адреса записується вісьмома шістнадцятковими числами, розділеними двокрапками, наприклад  011:0db2:11d3:087f:07a0:345e:8a2e:32c2. Це еквівалентно 16 десятковим числам від 0 до 255 і збільшує кількість можливих адрес до 3,4.1038 (340 трлн).

Комп’ютер у мережі може мати постійну (статичну) або тимчасову (динамічну) IP-адресу. Статичну адресу мають усі сервери, щоб комп’ютери мережі «знали», де шукати інформацію. Динамічну IP-адресу комп’ютер отримує щоразу в процесі встановлення тимчасового з’єднання.

Проте з погляду людини існування однієї тільки чисельної адресації виявилося незручним – з таким же успіхом ми могли б пронумерувати всі міста на планеті, але вони мають назви. Тому в Інтернет були введені домени з іменами, крапками, що розділяються (наприклад, http://www.cnet.com).

Домен — це група комп’ютерів, що обслуговуються спільним  сервером, який керує розподілом прав доступу користувачів до ресурсів мережі. Такий сервер називають контролером домену.

Доменне ім’я складається з кількох частин (імен доменів), розділених крапками. Рівень домену рахується з кінця, тобто справа наліво. Домен, ім’я якого зазначено праворуч, називають доменом першого (або верхнього) рівня.



Рис. 13.6 Домени першого рівня

Щоб отримати інформаційні матеріали з Інтернету, адреси сервера недостатньо. Потрібна також адреса із зазначенням протоколу і унікального шляху до певного ресурсу. Таку адресу називають уніфікованим покажчиком ресурсу — URL (Uniform Resource Locator).

URL-адреса — це шлях до інтернет-ресурсу (документа, відео, веб-сторінки, зображення тощо).

URL-адреса зазвичай містить три частини:

§   назву протоколу, який використовується для доступу до ресурсу (http, ftp, news тощо);

§   доменне ім’я або ІР-адресу сервера, де зберігається файл;

§   шлях до файла на сервері.

 

4.    Протоколи предавання даних

Інтернет об'єднує комп'ютери в багатьох точках земної кулі. Усі ці комп'ютери мають різне апаратне забезпечення, на них встановлені різні операційні системи та програмне забезпечення. Але всі вони мають узгоджено й швидко приймати і передавати дані. Для цього в 70-х роках минулого століття почали розроблятися правила, згідно з якими відбувався обмін даними між комп'ютерами в мережі. Збірки таких правил одержали назву протоколи.

Мережеві протоколи — це правила за якими здійснюється обмін даними між комп’ютерами.

Процес передавання даних від одного комп'ютера до іншого складається з декількох етапів (рівнів). Цей процес передбачає такі операції: отримання даних від користувача, їх стиснення, шифрування, формування пакетів на які розбиваються повідомлення, встановлення сеансу зв'язку між комп'ютером, що передає дані, та тим, що їх приймає, транспортування даних по каналах зв'язку, вибір найбільш ефективного маршруту передавання даних, формування вихідного документа з пакетів даних.

На кожному з етапів використовують окремі протоколи, сукупність яких складає набір протоколів Інтернету, що має таку назву TCP/IP, що має таке тлумачення.

TCP (англійською Transmission Control Protocol — протокол керування передаванням, відповідає за організацію сеансу зв'язку між двома комп'ютерами у мережі.

IP (англійською Internet Protocol — міжмережний протокол) відповідає за маршрутизацію, тобто за те, щоб пакет було доставлено за певною адресою. За допомогою протоколу TCP ПК перевіряє, чи всі частини отримано. При отриманні всіх порцій TCP розміщує їх в потрібному порядку і збирає в одне ціле.

Найвідоміші протоколи, які використовують у мережі Інтернет:

HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) — протокол передачі гіпертексту. Використовують при пересиланні Web-сторінок з одного комп'ютера на інший.

FTP (File Transfer Protocol) — протокол передачі файлів зі спеціального файлового сервера на комп'ютер користувача. Дає можливість абоненту обмінюватися двійковими і текстовими файлами з будь-яким комп'ютером мережі.

POP (Post Office Protocol) — стандартний протокол поштового з'єднання. Сервери POP опрацьовують вхідну пошту, а протокол POP призначено для опрацювання запитів на отримання пошти від клієнтських поштових програм.

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) — протокол, який задає набір правил для передавання пошти. Сервер SMTP повертає або підтвердження про прийом, або повідомлення про помилку, або запитує додаткову інформацію.

IRC (Unix to Unix Copy Protocol) — для забезпечення інтерактивного спілкування.

Telnet — протокол віддаленого доступу, що дає можливість працювати на будь-який ЕОМ мережі Інтернет, як на своїй власній, тобто запускати програми, змінювати режим роботи тощо. На практиці можливості обмежено тим рівнем доступу, який задано адміністратором віддаленої машини.

DTN — протокол, призначений для забезпечення наддалекого космічного зв'язку.

Мережева технологія — це погоджений набір стандартних протоколів та програмно-апаратних засобів, які їх реалізовують в обсязі, достатньому для побудови локальної обчислювальної мережі. Це визначає, як буде отримано доступ до середовища передачі даних. В якості альтернативи можна ще зустріти назву «базові технології».

Створення комп'ютерних мереж було обумовлено прагненням до економії ресурсів.

Економія досягається кількома шляхами:

  1. мережа забезпечує швидкий доступ до різних джерел інформації;

  2. мережа зменшує надмірність ресурсів.

Комп'ютерна мережа забезпечує:

  1. колективне опрацювання даних користувачами, комп'ютери яких під'єднані до мережі, та обмін даними між цими користувачами;

  2. спільне використання програм;

  3. спільне використання принтерів, модемів та інших периферійних пристроїв.

Мережні технології

Ethernet

На даний момент це найпопулярніша мережева технологія у всьому світі. У розвиток мережної технології Ethernet створені високошвидкісні варіанти: Ieee802.3u/Fast Ethernet і Ieee802.3z/Gigabit Ethernet. Основна топологія, яка використовується в локальних мережах Fast Ethernet і Gigabit Ethernet — пасивна зірка.

  1. Мережева технологія Fast Ethernet забезпечує швидкість передачі 100 Мбіт/с.

  2. Мережна технологія локальних мереж Gigabit Ethernet — забезпечує швидкість передачі 1000 Мбіт/с.

Локальні мережі Fast Ethernet і Gigabit Ethernet сумісні з локальними мережами, виконаними за технологією (стандарту) Ethernet, тому легко і просто сполучати сегменти Ethernet, Fast Ethernet і Gigabit Ethernet в єдину обчислювальну мережу.

Token-Ring

Мережеві інформаційні технології даного типу використовуються для створення розділеного середовища передачі даних, яке в кінцевому підсумку утворюється як об'єднання всіх вузлів в одне кільце. Будується дана технологія на зірково-кільцевої топології. Перша йде як основна, а друга — додаткова. Щоб отримати доступ до мережі, застосовується маркерний метод. Максимальна довжина кільця може становити 4 тисячі метрів, а кількість вузлів — 260 штук. Швидкість передачі даних при цьому не перевищує 16 Мбіт/секунду.

ArcNet]

Цей варіант використовують топологію шина і пасивна зірка. При цьому він може будуватися на неекранованої кручений парі і оптоволоконном кабелі.

ArcNet — це справжній старожил у світі мережевих технологій. Довжина мережі може досягати 6000 метрів, а максимальна кількість абонентів — 255. При цьому слід зазначити основний недолік цього підходу — його низьку швидкість передачі даних, яка становить тільки 25 Мбіта/секунду. Але ця мережева технологія все ще широко використовується. Це відбувається завдяки її високій надійності, низькій вартості адаптерів і гнучкості. Мережі і мережні технології, побудовані за іншими принципами, можливо, і володіють більш високими показниками швидкості, але саме через те, що ArcNet забезпечує високу доходимость даних, це дозволяє нам не скидати її з рахунків. Важливою перевагою даного варіанту є те, що використовується метод доступу за допомогою передачі повноважень.

FDDI

Мережеві комп'ютерні технології даного виду є стандартизованими специфікаціями архітектури високошвидкісної передачі даних, що використовує оптоволоконні лінії. На FDDI значним чином вплинули ArcNet і Token-Ring. Тому цю мережеву технологію можна розглядати як вдосконалений механізм передачі даних на підставі наявних напрацювань. Кільце цієї мережі може досягати в довжину сто кілометрів. Незважаючи на значну відстань, максимальна кількість абонентів, які можуть підключитися до неї, становить лише 500 вузлів. Слід зазначити, що FDDI вважається високонадійної завдяки наявності основного та резервного шляхів передачі даних. Додає їй популярність і можливість швидко передавати дані — приблизно 100 Мбіт/секунду.

Технічний аспект

Як же працюють сучасні мережеві технології? Є ЕОМ, які об'єднані в одну мережу. Умовно вони поділяються на абонентські (основні) і допоміжні. Перші займаються всіма інформаційно-обчислювальними роботами. Від них же залежить те, якими будуть ресурси мережі. Допоміжні займаються перетворенням інформації та її передачі по каналах зв'язку. Через те, що їм доводиться обробляти значну кількість даних, сервери можуть похвалитися підвищеною потужністю. Але кінцевим одержувачем будь-якої інформації все ж є звичайні хост-ЕОМ, які найчастіше представлені персональними комп'ютерами. Мережні інформаційні технології можуть використовувати такі типи серверів:

  1. Мережевий. Займається передачею інформації.

  2. Термінальний. Забезпечує функціонування багатокористувацької системи.

  3. Баз даних. Займається обробкою запитів до БД в багатокористувацьких системах.

Мережі комутації каналів]

Вони створюються завдяки фізичній з'єднанню клієнтів на той час, коли будуть передаватися повідомлення. У таких випадках для відправки і отримання інформації від точки А до точки Б створюється пряме з'єднання. Воно включає в себе канали одного з безлічі (як правило) варіантів доставки повідомлення. І створене з'єднання для успішної передачі повинен бути незмінним протягом усього сеансу. Але в такому випадку виявляються досить сильні недоліки. Так, щодо доводиться довго чекати з'єднання. Це супроводжується високою вартістю передачі даних і низьким коефіцієнтом використання каналу. Тому використання мережевих технологій даного типу не поширене.

Мережі комутації повідомлень

У цьому випадку вся інформація передається невеликими порціями. Пряме з'єднання в таких випадках не встановлюється. Передача даних здійснюється по першому ж вільному з доступних каналів. І так до тих пір, поки повідомлення не буде передано своєму адресату. Сервера при цьому постійно займаються прийомом інформації, її збиранням, перевіркою і встановленням маршруту. І в подальшому повідомлення передається далі. З переваг необхідно відзначити низьку ціну передачі. Але в такому разі все ще існують такі проблеми, як низька швидкість і неможливість здійснення діалогу між ЕОМ в режимі реального часу.

Мережі комутації пакетів[ред. | ред. код]

Це найдосконаліший і популярний на сьогоднішній день спосіб. Розвиток мережевих технологій привело до того, що зараз обмін інформацією здійснюється за допомогою коротких пакетів інформації фіксованої структури. Пакети — це частини повідомлень, що відповідають певному стандарту. Невелика їх довжина дозволяє запобігти блокування мережі. Завдяки цьому зменшується чергу у вузлах комутації. Здійснюється швидке з'єднання, підтримується невисокий рівень помилок, а також досягнуті значні висоти в плані збільшення надійності і ефективності мережі. Слід зазначити і те, що існують різні конфігурації цього підходу до побудови. Так, якщо мережа забезпечує комутацію повідомлень, пакетів і каналів, то вона називається інтегральною, тобто можна провести її декомпозицію. Частина ресурсів при цьому може використовуватися монопольно. Так, деякі канали можуть застосовуватися для того, щоб передавати прямі повідомлення. Вони створюються на час передачі даних між різними мережами. Коли сеанс надсилання інформації закінчується, то вони розпадаються на незалежні магістральні канали. При використанні пакетної технології важливим є налагодження та узгодження великої кількості клієнтів, ліній зв'язку, серверів і цілого ряду інших пристроїв. В цьому допомагає встановлення правил, які відомі як протоколи. Вони є частиною використовуваної мережевої операційної системи і реалізуються на апаратному та програмному рівнях.

Мережева модель OSI (базова еталонна модель взаємодії відкритих систем, англ. OpenSystemsInterconnectionBasicReferenceModel, 1978 р.) — абстрактна мережева модель для комунікацій і розробки мережевих протоколів.

Будь-який протокол моделі OSI повинен взаємодіяти або з протоколами свого рівня, або з протоколами на одиницю вище або нижче за свій рівень. Взаємодії з протоколами свого рівня називаються горизонтальними, а з рівнями на одиницю вище або нижче — вертикальними. Будь-який протокол моделі OSI може виконувати лише функції свого рівня і не може виконувати функцій іншого рівня, що не виконується в протоколах альтернативних моделей.

Призначення комунікаційних мереж

Доступ до інформації — доступ до місць концентрування інформації (HTTP-, FTP-сервери, сервери баз даних).


  • Сигналізація (електронна пошта, сервіси коротких повідомлень),

  • Сумісне використання технічних ресурсів (мережні принтери, сховища даних, сервери застосунків).

  • Розподілення навантаження (кластеризація, розпаралелювання).

  • Віддалене керування (моніторинг, віддалене виконання процесів)

  • Забезпечення надійності (кластеризація, резервування (пристроїв та каналів))

Основні можливості комп'ютерних мереж

Можливість швидкої передачі інформації на великі відстані;


  • Оперативний пошук інформації;

  • Обмін інформацією в режимі offline;

  • Обмін текстовою, звуковою та відеоінформацією у реальному часі;

  • Можливість збереження інформації, розміщеної на серверах Internet, на локальному комп'ютері для подальшої обробки;

  • Можливість інтерактивності і оперативного зворотного зв'язку.

Класифікація комунікаційних мереж

Класифікація за областю дії


Класифікація комунікаційних мереж за областю дії враховує географічний район, охоплений мережею та, в меншому ступені, розмір мережі. Виділяються типи:

  • персональні мережі (Personal Area Networks - PAN)

  • локальні мережі (Local Area Networks — LAN)

  • кампусні мережі (Campus Area Network)

  • глобальні мережі (Wide Area Networks — WAN)

Локальні мережі звичайно займають обсяг одного чи декількох поряд розміщених будинків. Кількість пристроїв, що складають мережу, типово не перевищує декількох тисяч. Загальною практикою є розподілення великих локальних мереж на робочі групи. Малі локальні мережі (10-20 робочих місць) можуть утворювати єдину робочу групу.

Кампусні мережі типово об'єднають декілька локальних мереж і територіально охоплюють декілька міських кварталів, або навіть територію невеликого міста. Прикладами кампусних мереж є корпоративні мережі великих підприємств, операторів зв'язку, навчальних закладів. Кількість задіяних пристроїв може складати десятки тисяч пристроїв, або навіть більше. Загальною рисою локальних та кампусних мереж є наявність єдиної служби підтримки мережі, єдиного адміністративного керування та загальної технічної політики.

Глобальні мережі розміщуються на великих географічних просторах. Практично для глобальних мереж не існує обмежень на обсяг. Глобальні мережі об'єднують велику кількість локальних та кампусних мереж. Суттєвою рисою їх є відсутність єдиної адміністративної підпорядкованості. Найкращим прикладом глобальної мережі є Internet.

В доповнення теми слід зазначити спеціальні випадки, коли вказані типи мереж можуть бути скомбіновані. Наприклад, глобальна мережа може надавати середовище для створення корпоративних мереж, що об'єднують дуже віддалені вузли. Існуючі технології віртуальних мереж (про них буде пізніше) забезпечують можливість використання принципів функціонування локальних та корпоративних для комунікацій віддалених об'єктів, з'єднаних через глобальну мережу.

Класифікація за топологією


Комунікаційні мережі можуть класифікуватися також за топологією з'єднання пристроїв. Базовими є такі топології:

  • шинна

  • кільце

  • зірка

  • комбінована

При використанні шинної топології пристрої мережі з'єднані таким чином, що дані, які передаються між будь-якою парою пристроїв є доступні для всіх інших пристроїв мережі. Визначення, якому саме пристрою та звідки виконується передача, забезпечується шляхом аналізу даних, що передаються всіма пристроями мережі. Надзвичайно проста, але й найменш ефективна топологія. Прикладом мережі з шинною топологією є загально відомий стандарт Ethernet.

В мережі з топологією кільця дані передаються в одному напрямку. Деякі реалізації кільцевих мереж є дещо ефективнішими за шинні мережі (наприклад, ранні реалізації стандарту Token Ring були приблизно в 1,5 раза ефективніші за Ethernet), але взагалі це топології близького рівня. В обох типах у кожен момент часу дані можуть передаватися лише між однією парою пристроїв.

Зіркоподібні мережі мають у складі обов'язковий службовий елемент — комутатор. Комутатор не бере участі у комунікаціях безпосередньо, але забезпечує зв'язок між будь-якою парою пристроїв, які потребують комунікації. Складність та ефективність комутатора значною мірою визначає ефективність всієї мережі.

Характерною рисою розглянутих типів є можливість їх типового застосування на обмеженій території, оскільки зростання довжини комунікаційних каналів призводить до зниження їхньої ефективності та зростання ціни. Наприклад, декілька локальних мереж робочих груп, створених згідно з шинною топологією, можуть бути з'єднані за топологією зорі, а підключення до всесвітньої мережі Internet в найпоширеніших випадках виконується за стільниковою топологією.

Класифікація згідно з використаними протоколами


Для взаємодії пристроїв в будь-якій комунікаційній мережі використовуються набори правил, обов'язкові для дотримання всіма пристроями в мережі. Такі набори правил називаються протоколами. Протоколи, які регламентують порядок передачі найменших одиниць інформації між пристроями в мережі, мають назву транспортних протоколів. Прикладами транспортних протоколів є такі:

  • TCP/IP

  • NetBEUI

  • IPX/SPX

  • AppleTalk

Протокол TCP/IP на сьогодні є найпоширенішим транспортним протоколом. Це базовий протокол мережі Internet. NetBEUI — протокол, який використовується в однорангових мережах невеликих робочих груп. Це імплементація досить давно розробленого стандарту NetBIOS, впроваджена фірмою Microsoft та реалізована в сімействі операційних систем Windows. Як іншу варіацію стандарту NetBIOS можна розглядати протокол NetBIOS поверх TCP/IP, який є більш функціональним, ніж NetBEUI, але, строго кажучи, це є окремим випадком TCP/IP.

IPX/SPX — транспортний протокол, який був дуже поширений у середині 90-х років минулого сторіччя, головним чином завдяки популярності операційної системи NetWare фірми Novell. По функціональності IPX/SPX наближається до TCP/IP, зокрема він містить засоби для комунікацій в глобальних мережах. На сьогодні IPX/SPX поступово витісняється протоколом TCP/IP. Навіть останні версії операційної системи NetWare вже використовують як основний протокол TCP/IP. AppleTalk — у багатьох аспектах нагадує IPX/SPX. Розроблений для комунікацій комп'ютерів серії Macintosh фірми Apple, цей протокол використовується в мережах робочих груп, поступово звільняючи місце для використання протоколу TCP/IP.

Принципи комунікації

Адресація Multicast (англ. групова передача) — спеціальна форма широкомовлення, при якій копії пакетів прямують певній підмножині адресатів.


  • Комутація. Комутація — процес з'єднання абонентів комунікаційної мережі через транзитні вузли. Комунікаційні мережі повинні забезпечувати зв'язок своїх абонентів між собою. Як правило, в мережах загального доступу неможливо надати кожній парі абонентів власну фізичну лінію зв'язку, яким вони могли б монопольно «володіти» і використовувати у будь-який час. Тому в мережі завжди застосовується який-небудь спосіб комутації абонентів, який забезпечує розділення наявних фізичних каналів між декількома сеансами зв'язку і між абонентами мережі.

  • Маршрутизація. Маршрутизація (англ. Routing) — процес визначення маршруту доставки інформації в мережах зв'язку. Маршрути можуть задаватися адміністративно (статичні маршрути), або обчислюватися за допомогою алгоритмів маршрутизації, базуючись на інформації про топологію і стан мережі, отриманої за допомогою протоколів маршрутизації (динамічні маршрути). Маршрутизація в комп'ютерних мережах виконується спеціальними програмно-апаратними засобами — маршрутизаторами; у простих конфігураціях може виконуватися і комп'ютерами загального призначення, відповідно налагодженими.

  • Моніторинг. Моніторинг мережі — робота системи, яка виконує постійне спостереження за комп'ютерною мережею у пошуках повільних або несправних систем і яка при виявленні збоїв повідомляє про них мережевого адміністратора за допомогою пошти, пейджера або інших засобів сповіщення. Наприклад, для того, щоб визначити стан вебсервера, програма, що виконує моніторинг, може періодично відправляти запит HTTP на здобуття сторінки; для поштових серверів можна відправити тестове повідомлення по SMTP і отримати по IMAP або Pop3.

Технології локальних мереж


В локальних мережах, як правило, використовується середовище передачі даних, що розділяється, і основна роль відводиться протоколам фізичного і канального рівнів, оскільки ці рівні найбільшою мірою відображають специфіку локальних мереж. Мережева технологія — це погоджений набір стандартних протоколів та програмно-апаратних засобів, які їх реалізовують, достатній для побудови локальної обчислювальної мережі. Мережеві технології називають базовими технологіями або мережевою архітектурою локальних мереж. Мережева технологія або архітектура визначає топологію і метод доступу до середовища передачі даних, кабельну систему або середовище передачі даних, формат мережевих кадрів тип кодування сигналів, швидкість передачі в локальній мережі. У сучасних локальних обчислювальних мережах широкого поширення набули такі технології або мережева архітектура, як: EthernetToken-ringArcnetFDDI.

Мережеві технології локальних мереж Ieee802.3/Ethernet

Зараз ця мережна технологія найпопулярніша у світі. Популярність забезпечується простими, надійними і недорогими технологіями. У класичній локальній мережі Ethernet застосовується стандартний коаксіальний кабель двох видів (товстий і тонкий). Проте найбільшого поширення набула версія Ethernet, яка використовує як середовище передачі виті пари, оскільки монтаж і обслуговування їх набагато простіший.

У локальних мережах Ethernet застосовуються топології типу «шина» і типу «пасивна зірка», а метод доступу CSMA/CD.

Стандарт Ieee802.3 залежно від типу середовища передачі даних має модифікації:

  • 10BASE5 (товстий коаксіальний кабель) — забезпечує швидкість передачі даних 10 Мбіт/с і довжину сегменту до 500 м;

  • 10BASE2 (тонкий коаксіальний кабель) — забезпечує швидкість передачі даних 10 Мбіт/с і довжину сегменту до 200 м;;

  • 10base-t (неекранована вита пара) — дозволяє створювати мережу топології «зірка». Відстань від концентратора до кінцевого вузла до 100 м. Загальна кількість вузлів не повинна перевищувати 1024;

  • 10base-f (оптоволоконний кабель) — дозволяє створювати мережу топології «зірка». Відстань від концентратора до кінцевого вузла до 2000 м.

У розвиток мережної технології Ethernet створені високошвидкісні варіанти: Ieee802.3u/Fast Ethernet і Ieee802.3z/Gigabit Ethernet. Основна топологія, яка використовується в локальних мережах Fast Ethernet і Gigabit Ethernet — пасивна зірка.

Мережева технологія Fast Ethernet забезпечує швидкість передачі 100 Мбіт/с і має три модифікації:

  • 100BASE-T4 — використовується неекранована вита пара. Відстань від концентратора до кінцевого вузла до 100 м;

  • 100base-tx — використовуються дві виті пари (неекранована і екранована). Відстань від концентратора до кінцевого вузла до 100 м;

  • 100base-fx — використовується оптоволоконний кабель (два волокна в кабелі). Відстань від концентратора до кінцевого вузла до 2000 м;.

Мережна технологія локальних мереж Gigabit Ethernet — забезпечує швидкість передачі 1000 Мбіт/с. Існують такі модифікації стандарту:

  • 1000base-sx — застосовується оптоволоконний кабель з довжиною хвилі світлового сигналу 850 нм.

  • 1000base-lx — використовується оптоволоконний кабель з довжиною хвилі світлового сигналу 1300 нм.

  • 1000base-cx — використовується екранована вита пара.

  • 1000base-t — застосовується неекранована вита пара.

Локальні мережі Fast Ethernet і Gigabit Ethernet сумісні з локальними мережами, виконаними за технологією (стандарту) Ethernet, тому легко і просто сполучати сегменти Ethernet, Fast Ethernet і Gigabit Ethernet в єдину обчислювальну мережу.

Мережеві технології локальних мереж Ieee802.5/Token-ring передбачає використання середовища передачі даних, яке утворюється об'єднанням всіх вузлів в кільце, що розділяється. Мережа Token-ring має зоряно-кільцеву топологію (основна кільцева і зоряна додаткова топологія). Для доступу до середовища передачі даних використовується маркерний метод (детермінований маркерний метод). Стандарт підтримує виту пару (екрановану і неекрановану) і оптоволоконний кабель. Максимальне число вузлів на кільці — 260, максимальна довжина кільця — 4000 м. Швидкість передачі даних до 16 Мбіт/с.

Мережеві технології локальних мереж Ieee802.4/Arcnet як топологію локальна мережа Arcnet використовує «шину» і «пасивну зірку». Підтримує екрановану і неекрановану виту пару і оптоволоконний кабель.

У мережі Arcnet для доступу до середовища передачі даних використовується метод передачі повноважень. Локальна мережа Arcnet — це одна із старих мереж і користувалася великою популярністю. Серед основних переваг локальної мережі Arcnet можна назвати високу надійність, низьку вартість адаптерів та гнучкість. Основним недолікам мережі є низька швидкість передачі інформації (2,5 Мбіт/с). Максимальна кількість абонентів — 255. Максимальна довжина мережі — 6000 метрів.

Мережеві технології локальної мережі FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — стандартизована специфікація для мережевої архітектури високошвидкісної передачі даних по оптоволоконних лініях. Швидкість передачі — 100 Мбіт/с. Ця технологія багато в чому базується на архітектурі Token-ring і використовується детермінований маркерний доступ до середовища передачі даних. Максимальна протяжність кільця мережі — 100 км. Максимальна кількість абонентів мережі — 500. Мережа FDDI — це дуже високонадійна мережа, яка створюється на основі двох оптоволоконних кілець, створюючих основну і резервну дороги передачі даних між вузлами.

Технологія ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line — Асиметрична цифрова абонентська лінія) входить до числа технологій високошвидкісної передачі даних, відомих як технології DSL (Digital Subscriber Line — Цифрова абонентська лінія) що мають загальне позначення xDSL. Детальніше див. в Бібліотеці.

Технологія VDSL (Very high bitrate Digital Subscriber Line — надвисокошвидкісна цифрова абонентська лінія) є найбільш високошвидкісною технологією xDSL.Вона забезпечує швидкість передачі даних «низхідного» потоку в межах від 13 до 54 Мбіт/с, а швидкість передачі даних «висхідного» потоку в межах від 1,5 до 33 Мбіт/с, причому по одній витій парі телефонних дротів. Технологія VDSL може розглядатися як економічно ефективна альтернатива прокладенню волоконно-оптичного кабелю до кінцевого користувача. Проте, максимальна відстань передачі даних для цієї технології становить від 300 до 1700 метрів.

Існує також симетричний варіант VDSL (до 33 Мбіт/с в кожному напрямі). Технологія VDSL може використовуватися з тими ж цілями, що і ADSL (використовувати паралельно телефонну лінію для високошвидкісної передачі даних і традиційного телефонного зв'язку).

Технологія IDSL (ISDN Digital Subscriber Line — цифрова абонентська лінія IDSN) забезпечує повністю дуплексну передачу даних на швидкості до 144 Кбіт/с. На відміну від ADSL можливості IDSL обмежуються лише передачею даних. Технологія HomePNA 1.0 (1 Мбіт/с) використовує метод IEEE 802.3 CSMA/CD (Ethernet) доступу до середовища передачі. Смуга пропускання сигналу розташована в межах від 5,5 Мгц до 9.5 Мгц, що дозволяє не впливати на роботу ADSL і VDSL — пристроїв і телефонів. У HomePNA застосовується багатократне кодування одиничного бітового імпульсу. Усередині кожного мережевого інтерфейсу коло приймача адаптується до різних рівнів перешкод, які можуть виникнути в лінії. На додаток до цього передавальний вузол може варіювати рівень сигналу. Приймаючий і передавальний термінали постійно контролюють умови проходження сигналу і підстроюють свої параметри під ці умови. Саме ця адаптивність дозволила істотно понизити вимоги до середовища передачі. По суті, технологія HPNA — це мегабітний Ethernet, що працює по телефонних дротах. Це дозволяє використовувати велику кількість Ethernet  — сумісних програм, драйверівзастосунків і устаткування.

Технологія PON (Passive Optical Networks) пасивні оптичні мережі або оптичні мережі з пасивним розподілом — це оптична кабельна система з топологією дерева, що використовує пасивні оптичні розгалужувачі 1:n. Між центральним вузлом і віддалені абонентськими вузлами створюється повністю пасивна оптична мережа, що має топологію дерева. У проміжних вузлах дерева розміщуються пасивні оптичні розгалужувачі, що роздають загальний сигнал джерела на багато абонентських приймачів. Висхідні потоки від абонентів йдуть по зворотному каналу з використанням протоколу множинного доступу з тимчасовим розділенням (TDMA).

Технологія MPLS (Multiprotocol Label Switching) — мультипротокольна комутація на основі міток, розроблена комітетом IETF, з'явилася в результаті злиття різних фірмових механізмів, таких, як IP Switching (Ipsilon Networks), Tag Switching (Cisco Systems), Aris (IBM) і Cell Switch Router (Toshiba). В її основі лежить принцип відображення мережевих адрес на спеціальні мітки, які можуть використовуватися для маршрутизації пакетів. У архітектурі MPLS зібрані найвдаліші елементи всіх згаданих фірмових механізмів, і завдяки зусиллям IETF і компаній, зацікавлених в швидкому просуванні даної технології на ринку, вона перетворилася на стандарт Internet.

 
скачати

© Усі права захищені
написати до нас