Компоненти мережі

Загальні відомості

Компютерна мережа - це складний комплекс взаємопов'язаних і узгоджено функціонуючих програмних і апаратних компонентів. Вивчення мережі загалом передбачає знання принципів роботи її окремих елементів, а точніше всього комплексу програмно-апаратних засобів мережі.

Для організації комп'ютерної мережі необхідна наявність:

- власне, комп'ютерів або комп'ютерних платформ;

- фізичного середовища передачі даних та устаткування для роботи з ним;

- пристроїв логічної та фізичної структуризації мережі;

- мережевого ПЗ.

Комп'ютери або комп'ютерні платформи

У основі будь-якої мережі лежить апаратний шар стандартизованих комп'ютерних платформ. В даний час широко використовуються комп'ютерні платформи різних класів - від персональних комп'ютерів до «СУПЕРЕОМ». Комп'ютери підключаються до мережі за допомогою мережевої карти.

Розглянемо детальніше окремі апаратні засоби мереж - комп'ютери. Архітектура комп'ютера включає як структуру, що відображає апаратний склад ПК, так і програмно – розрахункове забезпечення. Більшість комп'ютерів мереж можна розділити на два основних класи: сервери і робочі станції.

Сервер (server) - це багатокористувацький комп'ютер, виділений для обробки запитів від всіх робочих станцій. Це могутній комп'ютер або мейнфрейм, що надає робочим станціям доступ до системних ресурсів і що розподіляє ці ресурси. Сервер має встановлену мережеву операційну систему під управлінням якої і відбувається робота в мережі. Основними вимогами, які пред'являються до серверів, є висока продуктивність і надійність їх роботи. Сервери у великих мережах стали спеціалізованими і, як правило, використовуються для окремих задач, як то: управління мережевими базами даних, організації електронної пошти, управління багатокористувацькими терміналами (принтерами, сканерами, плоттерами та ін.) і так далі.

Для прикладу можна виділити декілька типів серверів:

Файл-сервери. Управляють доступом користувачів до файлів і програм.

Принт-сервери. Управляють роботою мережевих принтерів.

Сервери додатків. Сервером додатків можна вважати окремий комп'ютер, що працює в мережі, або програму, встановлену на ньому, з якою можуть працювати клієнти. Запити користувачів виконуються безпосередньо на сервері, а на робочу станцію (термінал) передаються лише результати запиту.

Поштові сервери. Такі сервери використовуються для організації роботи електронних поштових скриньок.

Проксі-сервер. Це ефективний засіб анонімізації та стороннього виконання запитів.

Фізичне середовище передачі даних та устаткування для роботи з ним

Пристрій комунікаційного устаткування може являти собою складний спеціалізований мультипроцесор, який треба конфігурувати, оптимізувати і адмініструвати. Вивчення принципів роботи комунікаційного устаткування вимагає знайомства з великою кількістю протоколів, що використовуються як в локальних, так і глобальних мережах. Комунікаційне устаткування мереж можна розділити на три основні групи:

1) мережеві адаптери (карти);

2) мережеві кабелі (фізичні носії сигналу);

3) проміжне комунікаційне устаткування (трансивери, повторювачі, концентратори, комутатори, мости, маршрутизатори і шлюзи).

Мережевий адаптер (мережева карта) - це пристрій двонаправленого обміну даними між ПК і середовищем передачі даних обчислювальній мережі. Окрім організації обміну даними між ПК і обчислювальною мережею, мережевий адаптер виконує буферизацію (тимчасове зберігання даних) і функцію сполучення комп'ютера з мережевим кабелем. Мережевими адаптерами реалізуються функції фізичного рівня, а функції канального рівня семирівневої моделі ISO реалізуються мережевими адаптерами і їх драйверами. Деякі адаптери забезпечені власним процесором і пам'яттю. Карти класифікуються за типом порту, через який вони з'єднуються з комп'ютером: ISA, PCI, USB. Найбільш поширені з них - це мережеві карти PCI. Карта, як правило, встановлюється в слот розширення PCI, розташований на материнській платі ПК, і підключається до мережевого кабелю роз'ємами певного типу в залежності від фізичного середовища передачі даних.

Мережеві адаптери

Мережеві карти можна розділити на два основні типи:

1)адаптери для клієнтських комп'ютерів;

2)адаптери для серверів.

Залежно від вживаної технології обчислювальних мереж Ethernet, Fast Ethernet або Gigabit Ethernet, мережеві карти забезпечують швидкість передачі даних від 10 до 100 і більше Мбіт/с.

Залежно від фізичного середовища передачі даних канали зв'язку можна розділити на:

а)дротяні лінії зв'язку без ізолюючих і екрануючих обплетень;

б)кабельні, де для передачі сигналів використовуються такі лінії зв'язку як кабелі "вита пара", коаксіальні кабелі або оптоволоконні кабелі;

в)безпровідні (радіоканали наземного і супутникового зв'язку), такі, що використовують для передачі сигналів електромагнітних хвиль, які розповсюджуються по ефіру.

Розглянемо найпоширеніші.

Мережеві кабелі

Як кабелі тих, що сполучають окремі ПК і комунікаційне устаткування в обчислювальних мережах застосовуються: вита пара, коаксіальний кабель, оптичний кабель.

Вита пара (twisted pair) — кабель зв'язку, який є витою парою мідних проводів (або декілька пар проводів), обмотаних в екрановану оболонку. Вита пара є достатньо перешкодостійкою. Існує два типи цього кабелю: неекранована вита пара UTP і екранована вита пара STP. Характерною для цього кабелю є простота монтажу. Даний кабель є найдешевшим і поширеним видом зв'язку, який знайшов широке застосування в найпоширеніших локальних мережах з архітектурою Ethernet, побудованих по топології типу “зірка”. Кабель підключається до мережевих пристроїв при допомозі з'єднувача Rj45. Кабель використовується для передачі даних на швидкості 10 Мбіт/с і 100 Мбіт/с. Вита пара зазвичай використовується для зв'язку на відстань не більше декількох сотнів метрів. До недоліків кабелю "вита пара" можна віднести можливість простого несанкціонованого підключення до мережі.

Коаксіальний кабель (coaxial cable) - це кабель з центральним мідним дротом, який оточений шаром ізолюючого матеріалу для того, щоб відокремити центральний провідник від зовнішнього провідного екрану (мідного обплетення або шар алюмінієвої фольги). Зовнішній провідний екран кабелю покривається ізоляцією.

Існує два типи коаксіального кабелю: тонкий коаксіальний кабель діаметром 5 мм і товстий коаксіальний кабель діаметром 10 мм. У товстого коаксіального кабелю загасання менше, ніж у тонкого. Вартість коаксіального кабелю вище за вартість витої пари і виконання монтажу мережі складніше, ніж витою парою. Коаксіальний кабель застосовується, наприклад, в локальних мережах з архітектурою Ethernet, побудованих по топології типу “загальна шина”. Коаксіальний кабель більш перешкодозахисний, ніж вита пара і знижує власне випромінювання.

Пропускна спроможність – 50-100 Мбіт/с.

Допустима довжина лінії зв'язку – декілька кілометрів. Несанкціоноване підключення до коаксіального кабелю складніше, ніж до витої пари.

Кабельні оптоволоконні канали зв'язку Оптоволоконний кабель (fiber optic) – це оптичне волокно на кремнієвій або пластмасовій основі, поміщене в матеріал з низьким коефіцієнтом заломлення світла який закритий зовнішньою оболонкою. Оптичне волокно передає сигнали тільки в одному напрямі, тому кабель складається з двох волокон. На передавальному кінці оптоволоконного кабелю потрібне перетворення електричного сигналу в світловій, а на приймальному кінці зворотне перетворення.

Основна перевага цього типу кабелю – надзвичайно високий рівень перешкодозахисної і відсутність випромінювання. Несанкціоноване підключення дуже складно. Швидкість передачі даних 3гбіт/c.

Основні недоліки оптоволоконного кабелю – це складність його монтажу, невелика механічна міцність і чутливість до іонізуючих випромінювань.

Безпровідні (радіоканали наземного і супутникового зв'язку) канали зв'язку.

Радіоканали наземного (радіорелейною і стільниковою) і супутникового зв'язку

утворюються за допомогою передавача і приймача радіохвиль і відносяться до технології безпровідної передачі даних.

Радіорелейні канали зв'язку складаються з послідовності станцій, що є ретрансляторами. Зв'язок здійснюється в межах прямої видимості, дальності між сусідніми станціями - до 50 км. Цифрові радіорелейні лінії зв'язку (ЦРРС) застосовуються як регіональні і місцеві системи зв'язку і передачі даних, а також для зв'язку між базовими станціями стільникового зв'язку.

Супутникові канали зв'язку. У супутникових системах використовуються антени СВЧ-діапазона частот для прийому радіосигналів від наземних станцій і ретрансляції цих сигналів назад на наземні станції. У супутникових мережах використовуються три основних типу супутників, які знаходяться на геостационарних орбітах, середніх або низьких орбітах. Супутники запускаються, як правило, групами. Розташовані один від одного вони можуть забезпечити обхват майже всій поверхні Землі. Доцільніше використовувати супутниковий зв'язок для організації каналу зв'язку між станціями розташованими на дуже великих відстанях, і можливості обслуговування абонентів в самих труднодоступних точках.

Пропускна спроможність висока – декілька десятків Мбіт/с.

Стільникові канали зв'язку. Радіоканали стільникового зв'язку будуються по тих же принципах, що і стільникові телефонні мережі.

Стільниковий зв'язок - це безпровідна телекомунікаційна система, що складається з мережі наземних базових приемо-передающих станцій і стільникового комутатора (або центру комутації мобільного зв'язку). Базові станції підключаються до центру комутації, який забезпечує зв'язок, як між базовими станціями, так і з іншими телефонними мережами і з глобальною мережею Інтернет. По виконуваних функціях центр комутації аналогічний звичайною АТС дротяного зв'язку.

LMDS (Local Multipoint Distribution System) - це стандарт стільникових мереж безпровідної передачі інформації для фіксованих абонентів. Система будується за стільниковим принципом, одна базова станція дозволяє охопити район радіусом декілька кілометрів (до 10 км.) і підключити декілька тисяч абонентів. Самі БС об'єднуються один з одним високошвидкісними наземними каналами зв'язку або радіоканалами. Швидкість передачі даних до 45 Мбіт/с.

Радіоканали WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) аналогічні Wi-fi. WIMAX, на відміну від традиційних технологій радіо доступу, працює і на відбитому сигналі, поза прямою видимістю базової станції. Експерти вважають, що мобільні мережі WIMAX відкривають набагато цікавіші перспективи для користувачів, чим фіксований WIMAX, призначений для корпоративних замовників. Інформацію можна передавати на відстані до 50 км. з швидкістю до 70 Мбіт/с. Радіоканали MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System). Ці системи здатна обслуговувати територію в радіусі 50—60 км., при цьому пряма видимість передавача оператора є не обов'язковою. Середня гарантована швидкість передачі даних складає 500 Кбіт/с — 1 Мбіт/с, але можна забезпечити до 56 Мбіт/с на один канал.

Радіоканали для локальних мереж. Стандартом безпровідного зв'язку для локальних мереж є технологія Wi-fi. Wi-fi забезпечує підключення в двох режимах: точка-точка (для підключення два ПК) і інфраструктурне з'єднання (для підключення декілька ПК до однієї точки доступу). Швидкість обміну даними до 11 Мбіт/с при підключенні точка-точка і до 54 Мбіт/с при інфраструктурному з'єднанні.

Радіоканали Bluetooht - це технологія передачі даних на короткі відстані (не більше 10 м) і може бути використана для створення домашніх мереж. Швидкість передачі даних не перевищує 1 Мбіт/с..

Пристрої логічної та фізичної структуризації мережі

Як проміжне комунікаційне устаткування застосовуються: трансивери (transceivers), повторювачі (repeaters), концентратори (hubs), комутатори (switches), мости (bridges), маршрутизатори (routers) і шлюзи (gateways). Проміжне комунікаційне устаткування комп’ютерних мереж використовується для посилення і перетворення сигналів, для об'єднання ПК у фізичні сегменти, для розділення комп’ютерних мереж на підмережі (логічні сегменти) з метою збільшення продуктивності мережі, а також для об'єднання підмереж (сегментів) і мереж в єдину комп’ютерних мережу. Фізична структуризація комп’ютерних мереж об'єднує ПК в загальне середовище передачі даних, тобто утворює фізичні сегменти мережі, але при цьому не змінює напрям потоків даних. Фізичні сегменти спрощують підключення до мережі великого числа ПК. Логічна структуризація розділяє загальне середовище передачі даних на логічні сегменти і тим самим усуває зіткнення (колізії) даних в обчислювальних мережах. Логічні сегменти або підмережі можуть працювати автономно і в міру необхідності комп'ютери з різних сегментів можуть обмінюватися даними між собою. Протоколи управління в комп’ютерних мережах залишаються тими ж, які застосовуються і в мережах, що не розділяються.

Трансивери і повторювачі забезпечують посилення і перетворення сигналів в комп’ютерних мережах. Концентратори і комутатори служать для об'єднання декількох комп'ютерів в необхідну конфігурацію локальної комп’ютерної мережі.

Концентратори є засобом фізичної структуризації обчислювальної мережі, оскільки розбивають мережу на сегменти.

Комутатори призначені для логічної структуризації комп’ютерниої мережі, оскільки розділяють загальне середовище передачі даних на логічні сегменти і тим самим усувають зіткнення.

Для з'єднання підмереж (логічних сегментів) і різних комп’ютерних мереж між собою як міжмережевий інтерфейс застосовуються комутатори, мости, маршрутизатори і шлюзи.

Повторювачі – це апаратні пристрої, призначені для відновлення і посилення сигналів в комп’ютерних мережах з метою збільшення їх довжини.

Трансивери або приймачі – це апаратні пристрої, службовці для двонаправленої передачі між адаптером і мережевим кабелем або двома сегментами кабелю. Основною функцією трансивера є посилення сигналів. Трансивери застосовуються і як конвертори для перетворення електричних сигналів в інші види сигналів (оптичні або радіосигнали) з метою використання інших середовищ передачі інформації.

Концентратори – це апаратні пристрої множинного доступу, які об'єднує в одній крапці окремі фізичні відрізки кабелю, утворюють загальне середовище передачі даних або фізичні сегменти мережі.

Комутатори - це програмно – апаратні пристрої, які ділять загальне середовище передачі даних на логічні сегменти. Логічний сегмент утворюється шляхом об'єднання декількох фізичних сегментів за допомогою концентраторів. Кожен логічний сегмент підключається до окремого порту комутатора.

Мости – це програмно – апаратні пристрої, які забезпечують з'єднання декількох локальних мереж між собою або декілька частин однієї і тієї ж мережі, що працюють з різними протоколами. Мости призначені для логічної структуризації мережі або для з'єднання в основному ідентичних мереж, що мають деякі фізичні відмінності. Міст ізолює трафік однієї частини мережі від трафіку іншої частини, підвищуючи загальну продуктивність передачі даних.

Маршрутизатори. Це комунікаційне устаткування, яке забезпечує вибір маршруту передачі даних між декількома мережами, що мають різну архітектуру або протоколи. Маршрутизатори застосовують тільки для зв'язку однорідних мереж і в розгалужених мережах, що мають декілька паралельних маршрутів.. Маршрутизаторами і програмними модулями мережевої операційної системи реалізуються функції мережевого рівня.

Шлюзи – це комунікаційне устаткування (наприклад, комп'ютер), що служить для об'єднання різнорідних мереж з різними протоколами обміну. Шлюзи повністю перетворюють весь потік даних, включаючи коди, формати, методи управління і так далі.

Комунікаційне устаткування: мости, маршрутизатори і шлюзи в локальній обчислювальній мережі - це, як правило, виділені комп'ютери із спеціальним програмним забезпеченням.

Мережеве ПЗ

Операційні системи

Третім шаром, створюючим програмну платформу мережі, є операційні системи.Від того, які концепції управління локальними і розподіленими ресурсами встановлені в основу мережевої ОС, залежить ефективність роботи всієї мережі. При проектуванні мережі важливо враховувати, наскільки просто операційна система може взаємодіяти з іншими ОС мережі, наскільки вона забезпечує безпеку і захищеність даних, до якої міри вона дозволяє нарощувати число користувачів, чи можна перенести її на комп'ютер іншого типу і багато іншого.

Програмне забезпечення комп’ютерних мереж складається з трьох складових:

1) автономних операційних систем (ОС), встановлених на робочих станціях;

2) мережевих операційних систем, встановлених на виділених серверах, які є основою будь-якої обчислювальної мережі;

3) мережевих додатків або мережевих служб.

Автономні ОС (програмне забезпечення локальних мереж) Як автономні ОС для робочих станцій, як правило, використовуються сучасні 32-розрядні операційні системи – Windows 95/98, Windows 2000, Windows XP, Windows VISTA. Мережеві ОС (програмне забезпечення локальних мереж) Як мережеві ОС застосовуються:

1)ОС Unix;

2)ОС Netware фірми Novell;

3)Мережеві ОС фірми Microsoft (ОС Windows NT, Microsoft Windows 2000 Server, Windows Server 2003, Windows Server 2008)

Програмне забезпечення локальних обчислювальних мереж

Мережеві операційні системи необхідні для управління потоками повідомлень між робочими станціями і серверами. Вони організовують колективний доступ до всіх ресурсів мережі. Діставання доступу до ресурсів комп’ютерних мереж передбачає виконання трьох процедур: ідентифікація, аутентифікація і авторизація:

1. Ідентифікація - привласнення користувачеві унікального імені або коди (ідентифікатора).

2. Аутентифікація - встановлення достовірності користувача, що представив ідентифікатор. Найбільш поширеним способом аутентифікації є привласнення користувачеві пароля і зберігання його в комп'ютері.

3. Авторизація - перевірка повноважень або перевірка права користувача на доступ до конкретних ресурсів і виконання певних операцій над ними. Авторизація проводиться з метою розмежування прав доступу до мережевих і комп'ютерних ресурсів. Засоби аутентифікації, авторизації і ідентифікації призначені для управління інформаційною безпекою обчислювальних мереж.У більшості мережевих операційних систем вбудована підтримка протоколів: Tcp/ip, Ipx/spx, NETBEUI.

Tcp/ip - ці протоколи були розроблені для мережі Міністерства оборони США Arpanet, вони підтримуються мережевими операційними системами Unix, Windows і так далі

Протоколи Tcp/ip - це базові протоколи мережі Інтернет.

Ipx/spx - протоколи, розроблені фірмою Novell, підтримуються операційною системою Netware розробленою також фірмою Novell, Windows і ін. Novell була однією з перших компаній, які почали створювати ЛВС. Основним елементом локальної мережі Novell Netware є файловий сервер. На нім розміщується мережева операційна система, база даних і прикладні програми користувачів. В даний час найбільш поширеними є локальні мережі на базі мережевих плат Ethernet з операційною системою Novell Netware.

NETBEU - розробник цього протоколу фірма IBM. Протокол призначений для невеликих локальних обчислювальних мереж, в нім відсутня маршрутизація, його підтримують операційні системи фірм IBM і Microsoft.

Мережеві додатки

Четвертий шар - це мережеві додатки, такі як мережеві бази даних, поштові системи, ресурси архівування даних, системи автоматизації колективної роботи і інше. Дуже важливо представляти діапазон можливостей, що надаються додатками для різних областей застосування, а також знати, наскільки вони сумісні з іншими мережевими додатками і операційними системами.

Мережеві додатки (програмне забезпечення комп’ютерних мереж) Для користувачів локальних комп’ютерних мереж великий інтерес представляє набір мережевих служб, за допомогою яких він дістає можливість проглянути список наявних в мережі комп'ютерів, прочитати видалений файл, роздрукувати документ на принтері, встановленому на іншому комп'ютері в мережі або послати поштове повідомлення. Реалізація мережевих служб здійснюється програмним забезпеченням (програмними засобами). Файлова служба і служба друку надаються операційними системами, а решта служб забезпечується мережевими прикладними програмами або додатками. До традиційних мережевих служб відносяться: Telnet, FTP, HTTP, SMTP, Pop-3.

Служба Telnet дозволяє організовувати підключення користувачів до сервера по протоколу Telnet.

Служба FTP забезпечує пересилку файлів з Web-серверів. Ця служба забезпечується Web-проглядачами (обозревателями) (Internet Explorer, Mozilla Firefox, Opera і ін.)

HTTP - служба, призначена для проглядання Web-сторінок (Web-сайтів), забезпечується мережевими прикладними програмами: Internet Explorer, Mozilla Firefox, Opera і ін. SMTP, Pop-3 - служби вхідної і вихідної електронної пошти. Реалізуються поштовими прикладними програмами: Outlook Express, The Bat і ін.

--СВИНАРЕНКО АЛЕКСАНДР 14:29, 4 жовтня 2009 (UTC) DiRaven 20:39, 19 січня 2010 (UTC)