КЛАСИФІКАЦІЇ КОМП’ЮТЕРНИХ МЕРЕЖ
Класифікація комп’ютерних мереж.
У світі існують тисячі різноманітних комп’ютерних мереж. Найбільш
істотними ознаками, що визначають тип мережі, є ступінь територіального розсередження, топологія і застосовані методи комутації.
По ступеню розсередження комп’ютерні мережі поділяються на локальні,
регіональні і глобальні.
У локальних мережах інформація передається на невелику відстань. Локальні мережі поєднують комп'ютери, що розташовані недалеко один від одного. Для передачі інформації використовуються високошвидкісний канал передачі даних, швидкість у якому приблизно така сама, як швидкість внутрішньої шини комп'ютера. Найбільш відомими типами локальних мереж є Ethernet і Token Ring.
Регіональні обчислювальні мережі розташовуються в межах визначеного територіального регіону (групи підприємств, міста, області і т.д.). Регіональні обчислювальні мережі мають багато спільного з ЛОМ, але вони по багатьох параметрах більш складні і комплексні. Підтримуючи великі відстані, вони можуть використовуватися для об’єднання декількох ЛОМ в інтегрованому мережеву систему.
Глобальні обчислювальні системи охоплюють територію держави чи декількох
держав і видовжуються на сотні і тисячі кілометрів. Глобальні
обчислювальні мережі часто з’єднують багато локальних і регіональних
мереж. У порівнянні з локальними більшість глобальних мереж відрізняє
повільна швидкість передачі і більш низька надійність. Найбільш відомою
глобальною мережею є мережа Internet.
Локальні обчислювані мережі
Досвід експлуатації обчислювальних мереж показує, що левова частка
генерованої у таких мережах інформації використо-вуються тією ж
установою, підприємством, що її породила, тобта значна частина мережевої
інформації призначена для місцевих користувачів. Кріт того, багато
користувачів мережі зацікавлені у вільному доступу та ефективній
спільній експлуатації дорогого комп’ютерного устаткування. Ці задачі
вирішують ЛОМ. Відмінними ознаками ЛОМ можна вважати охоплення
невеликої території, висока надійність передачі даних.
Середовище передачі ЛОМ.
Середовище передачі даних у ЛОМ може бути
провідним і безпровідним. У провідному середовищі інформація
передається по кабелю, у безпровідному – за допомогою електромагнітних
хвиль різної природи: інфрачервоних, радіохвиль і т.д. У ЛОМ
використовуються три типи кабелю: кручена пара, коаксіальний і
оптоволокольнний.
Методи доступу до середовища передачі даних у ЛОМ.
Так як середовище
передачі є загальним ресурсом для усіх вузлів мережі, необхідно
встановити правила, по яких вузли будуть мати доступ до цього загальгого
ресурсу. Так сукупність правил називається методом доступу. У ЛВС
переважно використовуються два методи доступу: винадкові і
детерміновані.
При випадкових методах доступу усі вузли мережі конкурують між собою за
середовище передачі. Можлива одночасна спроба передачі декількома
вузлами, у результаті чого відбувається перекручування (зіткнення)
інформаційних пакетів. Найбільш розповсюдженим випадковим методом
доступу є множиний доступ з контролем несучої і виєвленням зіткнень, що
найчастіше застосовується в ЛОМ із шинною топологією. При використанні
цього методу вузол, що бажає передати інформацію, прослуховує середовище
передачі – це і є контроль несучої. Дочекавшись звільнення середовища
передачі, вузол починає видавати в мережу інформаційний пакет, одночасно
продовжуючи прослуховувати середовище передачі. Якщо в середовищі
передачі немає пакетів інших вузлів, то переданий пакет не
спотворюється. Якщо ж у цей же самий час почали передачу й інші вузли,
то відбувається накладення пакетів, і переданий пакет спотворюється. У
цьому випадку вся передана вузлами мережі інформація ігнорується. Вузли,
що беруть участь у зіткненні, вичікують випадковий відрізок часу, після
закінчееня якого повторюють передачу.
При детермінованих методах доступ вузлів до середовища передачі
реламентуються за допомогою спеціального керуючого механізму. Найбільш
відомими детермінованими методами доступу є опитування і передача права.
Мережеві адаптери.
Підключення комп’ютерів до мережі передачі даних
можна здійснювати через стандартні послідовні і паралельні порти, що
знаходяться на системному боці. Однак через істотні недоліки, у першу
чергу низьку швидкість передачі даних цей спосіб підключення
використовується тільки в недорогих ЛОМ з малим числом вузлів. Частіше
для цих цілей використовуються спеціальні плати, шо вставляються в
гнізда розширення системного блоку комп’ютера – мережеві адаптери чи
мережеві карти. Мережеві адаптери підтримують протоколи нижнього рівня
для ЛОМ. Мережеві адаптери можуть налагоджуватися на певний режим роботи
програмно чи за допомогою перемикачів.
Деякі мережі адаптери мають програми виклику операційної системи із
сервера ЛВС. Такі програми зберігаються у мікросхемах постійної пам’яті.
Це дає можливість використовувати в ЛВС бездискові комп’ютери.
ЛОМ типу Ethernet. Мережі типу Ethernet з’явилися на початку 70-х років. Мережі цього класу як правило мають шинну топологію. Середовище передачі даних у мережі Ethernet – кручена пара чи коаксіальний кабель з опором 50 Ом. Використовуєтьчя два види коаксіального кабелю: товстий діаметром близько 1 см і тонкий діаметром близько 0,5 см. Метод доступу до шини випадковий з контролем несучої і виявленням зіткнень. Для роботи комп’ютера в мережі необхідна мережева плата Ethernet. Підключення мережевої плати до шини для тонкого кабеля – 195 м, для товстого – 500 м. На кінцях шини встановлюються термінатори. Один і тільки один з термінаторів повинний бути заземлений. До такої шини може бути підключено не більш 30 чи 100 станцій.
При необхідності охопити локальною мережею Ethernet територію більшу, ніж це дозволяє коаксіальний кабель, застосовують додаткові пристрої – повторювачі. Їхнє завдання в мережі – ретранслювати всю інформацію, що надходить, відновлюючи амплітуду, фазу і форму сигналу. У мережі може бути тільки до 4-х повторювачів. Це дозволяє збільшити максимальну довжину шини до 925 метрів для тонкого і до 2500 метрів для товстого кабелю.
Кручена пара використовується переважно в мережах Ethernet зіркоподібної топології. Комп’ютери з’єднуються в мережу за допомогою концентраторів. Кожен комп’ютер підключається до концентратора за допомогою відповідного розніму. Відстань комп’ютера від концентратора не повинна перевищувати 100 метрів.
Мережі типу Token Ring. Мережі типу Token Ring з’явилися на початку 80-х років. Мережі цього класу мають кільцеву топологію. Середовище передачі даних – кручена пара, коаксіальний кабель, оптоволоконний кабель. У кільці можуть бути використані змішані типи кабелю. Метод доступу до середовища передачі детермінований з пердачею права. Швидкість передачі даних у мережі Token Ring складає величину порядка 4-16 Мбит в секунду. Максимальна довжина мережі – близько 6 кілометрів. Максимальна кількість станцій – 255.
Світова глобальна комп’ютерна мережа INTERNET
Internet – це світова глобальна комп’ютерна мережа, що поєднує мільйони
комп’ютерів і десятки мільйонів користувачів в усьму світі. Вона охоплює
практично всю земну кулю і включає тисячі мережевих підсистем з
комп’ютерами різних типів: від персональних до суперкомпютерів. Ніяка
організація і ніхто особисто не адміністує мережу, вона існує і
розвивається завдяки загальним зусиллям сотен тисяч добровільних
активістів і багатьох організацій у різних куточках світу. Кожен
користувач мережі Internet має унікальне ім’я (адресу).
Система імен мережі Internet. Адреса користувача в мережі Internet пердставлена 4-байтним числом, байти розділені крапкою. Оскільки граничне значення числа в кожнім байті 255, то діапазон користувачів від 0.0.0.0 до 255.255.255.255. Адреса в цифровій формі незручна і важка для запам’ятовування, тому була створена доменна система імен. Ця система прив’язує до цифрової адреси легку для запам’ятовування комбінацію скорочених слів. Простір доменних імен має ієрархічну структуру, схожу на структуру імен каталогів файлової системи. Це означає, що на кожнім рівні такої ієрархії можуть вказуватися імена піддоменів і конкретних комп’ютерів. Першим праворуч указується скорочена назва країни, наступним – імя піддомена і так далі до імені комп’ютера.
Слід підкреслити, що доменне ім’я не описує шлях, по якому потрібно
передавати повідомлення, а тільки вказує, де знаходиться адресат. Шлях,
по якому пересилаються повідомлення, вибирають служби маршрутизації. У
загальному випадку існує кілька шляхів, по яких можна доставити
повідомлення зазначеному адресату, і відправник незнає, по якому
маршрути пересилається повідомлення в конкретному випадку.
Підключеня користувачів до мережі Internet.
Послуги по підключенню до мережі Internet і використання сервісів Internet надають спеціальні організації – провайдери. Можна виділити 4 способи приєднання користувачів до мережі Internet. Ці способи визначають доступні сервіси Internet, швидкість обміну інформацією, а також вартість підключення і користування.
Користувач до мережі Internet може підключатися такими способами:
1. З’єднання в режимі віддаленого термінала. Комп’ютер користувача через модем і телефонну лінію з’єднується з комп’ютером, підключеним до Internet. Комп’ютер користувача не має IP-адреси і працює в режимі віддаленого термінала.
2. SLIP/PPP з’єднання.
3. З’єднання через ЛОМ. У цьому випадку комп’ютер користувача до ЛОМ, сервер якої має вихід в Internet. Користувачу доступні всі послуги, якими коритсується сервер.
4. З’єднання через виділену лінію. Комп’ютер користувача з’єднаний
виділеною високошвидкісною лінією з мережею і може користуватися всіма
сервісами Internet. Для підкючення до такої лінії звичайно
використовуються спеціальні плати.
Мережі класифікують за різними критеріями, серед яких найбільш вживані такі:
- за пропускною здатністю
- низька, до сотень Кбіт/с – мережі, що містять "повільні" канали на зразок телефонних ліній, зокрема глобальна мережа Internet;
- середня, 0.5–20 Мбіт/с – локальні мережі, звичайно, в межах будівлі;
- висока, більше ніж 20 Мбіт/с – базові (або "хребтові", backbone) мережі, що з'єднують сервери або локальні мережі "швидкими" каналами, наприклад оптоволоконними лініями;
- за смугою каналу
- вузькосмугові (Baseband) – безпосередня (немодульована) передача тільки одного повідомлення в довільний момент часу;
- широкосмугові (Broadband) – одночасна передача кількох повідомлень частотно–розділеними каналами;
- за розмірами
- LAN (Local–Area Network) – локальна мережа в межах офісу, будівлі;
- СAN (Campus–Area Network) – кампусна мережа, що об'єднує віддалені вузли та локальні мережі, звичайно, без використання телефонних ліній та модемів;
- MAN (Metropolitan–Area Network) – територіальна (міська) мережа з радіусом, що дорівнює десяткам кілометрів, та високою швидкістю передавання даних (100 Мбіт/с);
- WAN (Wide–Area Network) – широкомасштабна мережа (регіон, країна), що використовує віддалені мости та маршрутизатори з наявністю ліній низької пропускної здатності;
- GAN (Global–Area Network) – глобальна (міжнародна) мережа;
- за співвідношенням вузлів
- однорангові (Peer–To–Peer) – невеликі локальні мережі, де кожен вузол може виступати як у ролі клієнта, так і сервера (наприклад, на базі *операційних систем Windows for Workgroups, Windows'95);
- розподілені (Distributed) – мережа без лідера, в якій сервером називається машина, програма або пристрій, що забезпечують мережний сервіс, але не управління мережею (наприклад Unix Usenet);
- мережі з централізованим управлінням (Server Based), в яких сервер надає решта вузлам право використовувати спільні ресурси (наприклад Novell NetWare, Microsoft LAN Manager, IBM LAN Server, Banyan VINES, Windows NT);
- за доступом
- мережі з розподіленим середовищем передавання (Shared–Media Networks), в яких у будь–який момент часу можуть взаємодіяти тільки два вузли (Ethernet, ARCnet...);
- мережі з комутацією (Switching Networks), в яких шляхом мультиплексування одночасно можуть взаємодіяти декілька пар вузлів;
- за спільністю операційних систем
- гомогенні мережі, що грунтуються на однакових або споріднених ОС усіх вузлів (наприклад, Windows'95–Windows'98–Windows'NT-Windows'2000);
- гетерогенні мережі, в яких вузли використовують різнорідні ОС (наприклад, NetWare–Windows–Unix).
Будь–яка класифікація мереж є доволі умовною, оскільки реальні конфігурації здебільшого охоплюють одразу декілька класифікаційних груп.
Види класифікацій локальних обчислювальних мереж.
Широка і постійно зростаюча номенклатура локальних обчислювальних мереж, мережні програмні продукти і технології покладають на потенційного користувача складну задачу вибору потрібної системи з великої кількості існуючих. Сьогодні в світі нараховується десятки тисяч різних локальних обчислювальних мереж і для їх розгляду корисно мати систему класифікації. Усталеної класифікації локальних мереж поки що не існує, але для них можна виявити певні класифікаційні ознаки за:
· призначенням;
· типом використовуваних ЕОМ;
· організацією управління;
· організації передачі інформації;
· топологією;
· методах теледоступу;
· фізичних носіях сигналів;
· управлінню доступом до фізичного середовища передачі і так далі.
- Розглянемо деякі з них.
Класифікація за призначенням.
За призначенню локальні обчислювальні мережі можна розділити на: керуючі (організаційними, технологічними, адміністративними та іншими процесами), інформаційні (інформаційно-пошукові), розрахункові, інформаційно-розрахункові, обробки документальної інформації і так далі.
Класифікація за типом використовуваних в мережі ЕОМ.
За типом використовуваних в мережі ЕОМ локальні мережі можна розділити на однорідні і неоднорідні. Прикладом однорідної локальної обчислювальної мережі може служити мережа DECNET, в яку входять ЕОМ тільки фірми DEC. Часто однорідні локальні обчислювальні мережі характеризуються і однотиповим складом абонентських засобів, наприклад, тільки комплексами машинної графіки або тільки дисплеями. Неоднорідні локальні обчислювальні мережі містять різні класи ЕОМ (мікро-, міні-, великі) і різні моделі всередині класів ЕОМ, а також різне абонентське обладнання.
Класифікація за організацією управління.
За організацією управління однорідні локальні обчислювальні мережі в залежності від наявності (або відсутності) центральної абонентської системи діляться на дві групи. До першої групи відносяться мережі з централізованим управлінням. Для таких мереж характерні велика кількість службової інформації і пріоритетність під’єднаних до моноканалу станцій (по розміщенню або прийнятому пріоритету). В загальному випадку локальна обчислювальна мережа з централізованим управлінням (не обов’язково на основі моноканалу) має централізовану систему (ЕОМ), яка керує роботою мережі. Прикладний процес центральної системи організовує проведення сеансів, зв’язаних з передачею даних, здійснює діагностику мережі, веде статистику і облік роботи. В локальній обчислювальній мережі з моноканалом центральна система реалізовує, також, загальну ступінь захисту від конфліктів. При виході із ладу центральної системи вся локальна обчислювальна мережа зупиняє роботу. Мережі з централізованим управлінням відрізняється простотою забезпечення функцій взаємодії між ЕОМ в локальній мережі і, як правило, характеризуються тим, що більша частина інформаційно-обчислювальних ресурсів концентрується в центральній системі. Застосування локальної мережі з централізованим управлінням доцільне при невеликому числі абонентських систем. У тому випадку, коли інформаційно-обчислювальні ресурси локальної мережі рівномірно розподілені по великому числу абонентських систем, централізоване управління малопридатне, оскільки не забезпечує потрібну надійність мережі і призводить до різкого збільшення службової (управлінської) інформації. В цьому випадку доцільно застосовувати локальні мережі з децентралізованим або розподіленим управлінням. В цих мережах всі функції управління розподілені між системами мережі. Однак, для проведення діагностики, збору статистики і проведення інших адміністративних функцій, в мережі використовується спеціально виділена абонентська система або прикладний процес в такій системі. В децентралізованих локальних обчислювальних мережах на основі моноканалу у порівнянні з централізованими ускладнюються проблеми захисту від конфліктів, для чого застосовуються багаточисленні тракти, що враховують суперечливі вимоги надійності і максимального завантаження моноканалу. Одна із найрозповсюдженіших децентралізованих форм управління передбачає два рівні захисту від конфліктів. На першому рівні сконцентровані функції, що визначають активність моноканалу і блокування передачі у випадку виявлення будь-якої активності. На другому рівні виконуються складніші функції аналізу системних затримок, які управляють моментами початку передачі інформації якійсь із підсистем локальної мережі.
Класифікація за формуванням передачі інформації.
По формуванню передачі інформації локальні мережі поділяються на мережі з маршрутизацією інформації і селекцією інформації. Взаємодія абонентських систем з маршрутизацією інформації забезпечується визначенням шляхів передачі блоків даних по адресах їх призначення. Цей процес виконується всіма комунікаційними системами, що знаходяться в мережі. При цьому абонентські системи можуть взаємодіяти по різних шляхах (маршрутах) передачі блоків даних, а для скорочення часу передачі здійснюється пошук найкоротшого по часу маршруту.
В мережах з селекцією інформації взаємодія абонентських систем проводиться вибором (селекцією) адресованих їм блоків даних. При цьому всім абонентським системам доступні всі блоки даних, що передаються в мережі. Як правило, це пов’язано з тим, що локальна мережа з селекцією інформації, будується на основі моноканалу.
Класифікація мереж по методах теледоступу.
Процес передачі даних багато в чому визначається програмним забезпеченням ЕОМ абонентських систем, в основному їх операційними системами, оскільки кожна з них підтримує відповідний метод теледоступу зі сторони терміналів. Моноканал розглядається також, як один із терміналів, тому дуже важливо знати, наскільки розрізняються операційні системи і методи теледоступу всіх абонентських комплексів, під’єднаних до мережі. Розрізняють локальні мережі з єдиною операційною підтримкою і єдиними методами теледоступу, орієнтованими на локальні мережі, і локальні мережі з різними фізичними носіями сигналів. Тип носія визначає основні властивості пристрою обміну сигналами, який під’єднується до фізичного середовища передачі. Єдина операційна підтримка, що включає метод теледоступу, передбачена в однорідних локальних мережах. Складніше з локальними мережами, що використовують ЕОМ різних класів і моделей, наприклад міні-ЕОМ і великі обчислювальні машини. Методи теледоступу підтримують багаторівневі системи інтерфейсів. Розрізняють багаторівневі (модель відкритих систем) і двохрівневі локальні обчислювальні мережі. До двохрівневих відносяться закриті термінальні комплекси із стандартними методами теледоступу (базисний телекомунікаційний метод доступу).
Класифікація мереж за методом управління середовищем передачі даних.
Важливою класифікаційною ознакою локальної обчислювальної мережі є метод управління середовищем передачі даних. У локальній обчислювальній мережі з моноканалом можна виділити два методи доступу до моноканалу: детермінований і імовірнісний. До першої групи відносяться: метод вставки реєстру, метод циклічного опиту, централізований і децентралізований маркерний метод і інші. До другої групи (імовірнісні методи доступу) - методи прослуховування моноканалу на початок передачі, з прогнозуванням, зіткненням та деякі інші.
